《隨機量子濾波和量子點系統反饋控制的理論研究》是依託中國科學技術大學，由叢爽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：隨機量子濾波和量子點系統反饋控制的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：叢爽
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量子系統的反饋控制是對複雜量子系統實現高精度控制的關鍵問題，其中所涉及到的量子測量是量子控制理論與實驗的最基本問題之一。本項目分別以有限維隨機量子濾波系統和雙量子點系統為被控對象，研究量子信號獲取、狀態參數辨識及其反饋控制的理論。我們將建立根據測量估計出的系統狀態，同時考慮測量對系統帶來反作用的量子濾波模型，研究量子測量與系統輸出數據之間的關係，並通過設計快速最佳化算法，來最有效地獲取量子信息，對量子態參數進行最優估計；發展隨機量子濾波系統的反饋控制理論。通過深入分析雙量子點系統的量子特性，我們將建立多量子點相互作用下的理論模型，將系統控制理論套用於多量子點系統的狀態轉移中，設計出保真度更高的可以實現的控制理論方案。該項目的研究對發展新的信息獲取手段與量子系統控制理論，進行新型量子控制系統設計方法與套用的驗證，都具有重要的意義。
結題摘要
對於微觀複雜的隨機開放量子系統的狀態濾波以及量子系統反饋控制的研究是繼封閉量子系統控制的研究之後，進一步使量子系統控制理論研究走向實用化的必經之路。經過4年，本項目分別在5個方面進行了深入系統的研究：（1）各種不同情況下的量子態估計與濾波以及高量子位的快速最佳化算法的研究。（2）隨機量子系統反饋控制理論的研究；（3）量子糾纏態製備控制；（4）量子態估計的線上算法研究；（5）量子導航與定位系統設計的研究。所獲得的重要結果為：（1）提出了一種利用具有噪聲測量以及系統自身擾動的不完整信息估計出量子狀態的收斂算法，解決了量子態的濾波問題。（2）在對高量子位量子態估計的快速收斂的最佳化算法上，基於壓縮感測理論，獲得一系列重要研究成果，並在核磁共振儀中，根據所獲取的實驗數據，將所提出的最佳化算法進行了量子態估計的套用。（3）提出了基於李雅普諾夫的N比特糾纏反饋系統GHz的製備方法，以及雙量子系統最大糾纏態製備的兩種控制方法。開發出基於李雅普諾夫控制方法製備開放量子系統的Hadamard門。（4）提出了量子態的線上估計算法。本項目共發表標註有基金資助的研究論文70篇，其中，國際頂尖期刊雜誌IEEE Transactions on Automatic Control，IEEE Trans. on Cybernetics， Physical Review A，Journal of the Franklin Institute等17篇；出版1部《量子控制系統設計》專著；申請國家發明專利7項，其中1項已經授權。項目負責人叢爽教授是所有發表論文中65篇論文的第一或通訊作者（學生第一作者）、專著以及全部7項國家發明專利的第1作者。發表在《控制理論與套用》上的有關雙量子系統最大糾纏態製備的兩種控制方法的論文榮獲2018年中國精品科技期刊頂尖學術論文領跑者5000（F5000）論文；有關量子態估計的線上算法的研究論文在日本東京召開的ICESA 2018會議上榮獲大會“傑出論文獎”；基於本項目所做研究，項目負責人申請並獲得2020-2023年的國家自然科學基金面上項目“量子態線上估計及基於估計狀態的量子反饋控制的研究”。藉助於本項研究，項目負責人同時完成了有關量子導航定位系統的設計研究。
