Robust control for quantum technologies and quantum information processing
Contrôle robuste pour les technologies quantiques
Résumé
We consider the robust inverse geometric optimization of arbitrary population transfers and single-qubit gates in a two-level system.Robustness with respect to pulse inhomogeneities is demonstrated.We show that for time or energy optimization, the pulse amplitude is constant, and we provide the analytic form of the detuning as Jacobi elliptic cosine.We deal with the task of robust complete population transfer on a 3-level quantum system in lambda configuration.First, we use the Lewis-Riesenfeld method to derive a family of solutions leading to an exact transfer.Among this family, we identify a tracking solution with a single parameter to control simultaneously the fidelity of the transfer, the population of the excited state, and robustness.The ultrahigh-fidelity robustness of the shaped pulses is found superior to that of Gaussian and adiabatically-optimized pulses for moderate pulse areas.Second, we apply robust inverse optimization now to generate a stimulated Raman exact passage (STIREP)considering the loss of the upper state as a characterization parameter.Control fields temporal shapes, robust against pulse inhomogeneities, that are optimal with respect to pulse area, energy, and duration, are found to form a simple sequence with a combination of intuitively (near the beginning and the end) and counter-intuitively ordered pulse pairs.Alternative robust optimal solutions featuring lower losses, larger pulse areas, and fully counter-intuitive pulse sequences are derived.
Nous considérons l'optimisation géométrique inverse robuste de transferts de population arbitraires et de portes à un seul qubit dans un système à deux niveaux.La robustesse vis-à-vis des inhomogénéités d'impulsion est démontrée.Nous montrons que pour l'optimisation du temps ou de l'énergie, l'amplitude de l'impulsion est constante, et nous fournissons la forme analytique du désaccord en fréquence comme cosinus elliptique de Jacobi.Nous traitons la tâche de transfert complet et robuste de population sur un système quantique à 3 niveaux en configuration lambda.Tout d'abord, nous utilisons la méthode de Lewis-Riesenfeld pour dériver une famille de solutions conduisant à un transfert exact.Parmi cette famille, nous identifions une solution de suivi avec un seul paramètre pour contrôler simultanément la fidélité du transfert, la population de l'état excité, et la robustesse.La robustesse de l'ultra-haute fidélité des impulsions formées s'avère supérieure à celle des impulsions gaussiennes et des impulsions optimisées adiabatiquement pour des aires d'impulsion modérées.Deuxièmement, nous appliquons une optimisation inverse robuste pour générer un passage exact Raman stimulé (STIREP) en considérant la perte de l'état supérieur comme un paramètre de caractérisation.Les formes temporelles des champs de contrôle, robustes vis-à-vis des inhomogénéités d'impulsion, qui sont optimales par rapport à l'aire d'impulsion, l'énergie et la durée, forment une séquence simple avec une combinaison de paires d'impulsions intuitive (près du début et de la fin) et contre-intuitive (au centre).D'autres solutions optimales robustes présentant des pertes plus faibles, des aires d'impulsion plus grandes et des séquences d'impulsion totalement contre-intuitives sont dérivées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)