面向量子操控的量子系統辨識方法研究

《面向量子操控的量子系統辨識方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由張明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向量子操控的量子系統辨識方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張明
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

鑒於量子投影測量等實驗條件對於量子系統辨識的限制，量子控制本身可以成為量子系統辨識的實驗設計手段，本項目建議以現實的實驗條件為切入點，系統研究面向量子操控的量子系統辨識問題。.具體研究內容包括：先驗知識與量子系統的參數化表示研究；量子系統的實驗設計及可辨識性問題研究；量子系統的參數估計方法研究；面向量子操控的模型證實方法研究。擬從現實物理條件出發，解決量子系統能否辨識和如何辨識量子系統的模型參數等科學問題。.主要創新和特色在於：從極限的角度研究量子系統的可辨識性問題；將量子操控作為實驗設計的重要手段；提出面向量子操控的系統辨識方法的研究新視角。

結題摘要

鑒於量子投影測量等實驗條件對於量子系統辨識的限制，量子控制本身可以成為量子系統辨識的實驗設計手段。本課題以現實的物理實驗條件為切入點，系統研究面向量子操控的量子系統辨識問題，旨在解決“量子系統能否辨識”和“如何辨識量子系統的模型參數”等科學問題。本課題主要圍繞量子辨識和操控展開了以下三個方面的研究工作：在量子系統辨識方面，深入研究了二能級量子系統辨識問題，探討了實驗物理條件對於量子系統可辨識性的影響；並根據系統辨識三要素，設計了通過投影測量來實現二能級量子系統動態生成元辨識的可執行算法；探討了有限維封閉量子系統的模型描述和辨識實驗設計問題；研究了有限維封閉系統和Markov開放系統的完全辨識需求，據此給出了實驗設計方案；研究了基於有限的初始狀態和不完全的狀態測量，如何確定開放量子系統的動態演化過程的問題；討論了投影測量過程中的典型誤差對參數估計的影響，以及達到辨識精度要求所需的物理資源代價。在量子態操控方面，在N能級量子態和幾何表示的基礎上，探討了依據初始態和目標態幾何表示的純態轉換的構造性控制設計方法，特別針對二能級和三能級系統，提出了可行的量子態操控方法，並對方法的時間-能量代價進行了分析，給出了四種典型控制函式的最佳化形式和控制性能指標；在高維量子態無錯區分方面，討論了先驗知識在量子態最優無錯區分器設計中的作用，根據量子態的幾何參數化表示，針對三能級量子態，利用“極小極大化”策略設計了不同先驗知識水平下的最優無錯區分器。我們在量子態的遠程製備和量子隱形傳態方面也獲得了新的認識。本課題堅持控制科學中數學與物理相結合的研究思路，始終貫穿“圍繞量子物理特性開展研究”的基本理念，突出了“量子測量是操控量子系統的重要手段”的基本觀點，圍繞量子辨識和控制的關鍵問題展開研究，獲得了關於量子辨識和控制的一些重要的基本認識。本課題的主要創新和特色在於：從極限的角度研究量子系統的可辨識性問題；將量子操控作為實驗設計的重要手段；提出面向量子操控的系統辨識方法的研究新視角。