《基於頻率回響的量子系統建模、分析與綜合理論》是依託清華大學，由吳熱冰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於頻率回響的量子系統建模、分析與綜合理論
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：吳熱冰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子控制產生於對物理系統中量子效應進行利用的需求，是自動化領域中一個新興的交叉研究方向。近年來，量子測量和調控手段的飛速發展對量子控制提出了新的理論挑戰，其中測控過程的頻譜分析與設計是廣泛存在的重要問題。本項目提出基於格林函式理論建立量子系統的頻率回響模型，利用該模型描述量子信號各階統計特性產生的控制或干擾作用。根據頻率回響模型，借鑑古典控制思想構建可在頻域內進行的量子系統穩定性判據，以及動靜態控制性能的評價指標。進一步，針對噪聲譜辨識與退相干抑制兩類典型綜合問題，根據建立的性能評價指標設計和最佳化控制以改善系統頻率回響，並結合超導量子比特的實測數據檢驗設計結果的有效性。本項目的研究成果將為量子控制提供新的建模、分析和綜合思路，形成工程上易於理解和套用的設計方法。
結題摘要
研究工作按計畫正常進行，針對量子系統的頻域建模、分析與控制設計取得了的系列研究成果。在理論研究方面，取得了如下主要成果：（1）利用格林函式理論建立了線性量子系統的頻率回響建模方法，並套用於具有非馬爾科夫特性的量子控制系統以及基於波導的空間分布參數控制系統。（2）引入控制網路的信號流圖、根軌跡分析方法提出了非馬爾科夫量子開放系統的動力學相干性分析問題。（3）針對相干反饋控制系統提出了量子控制器控制頻寬的概念，並指出了控制頻寬與系統可控範圍的定量關係。結合實驗套用的研究成果如下：（1）利用高頻寬控制脈衝實現了雙同核自旋的時間最優控制，以克服傳統基於頻率選擇的窄頻寬控制的缺點；（2）基於核磁共振實驗平台針對量子最優控制中的鞍點結構、多目標量子控制等問題展開了實驗測試與分析研究；（3）結合飛秒雷射控制分子系統，結合光場頻譜分析實驗驗證了基於哈密頓量編碼-解碼理論的控制路徑選擇及其調製。本項目以實用量子控制技術為導向，理論與實驗相結合，對量子信息技術的實用化提供了良好的控制理論與技術支持。
