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中国科学通报：英文版

Identification of Markovian open system dynamics for qubit systems

Weiwei, Zhou Zhou, Sophie, Schirmer, Er-Ling, Minglun Gong, Hongwei, Xie, Ming Ming, Zhang

Published Jan 1, 2012• 0 citations
OpenAlex

Abstract

我们在 Markovian 环境为开的二水平的量系统讨论动态发电机的鉴定的问题。基于 Bloch 范围表示，鉴定问题被变换成 3-dimensional 的评价真实过程矩阵 A 和不同类的条款 c。参数 identifiability 和足够的条件为完全， A 和 c 的鉴定被获得。进一步的讨论证明获得的足够的条件不总是是必要的。途径能在 arbitary Markovian 环境被概括到有限水平的开的量系统。

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摘要: 针对时间无卷积的二能级Non-Markovian开放量子系统, 分别研究了环境截断频率、耦合系数和系统振荡频率对系统衰减系数、相干性和纯度的影响, 并根据不同数值对系统性能影响的分析结果来确定合适的系统仿真实验的参数; 基于李雅普诺夫稳定性定理设计了用于系统状态转移的控制场; 在Matlab环境下进行了系统数值仿真实验,研究了Non-Markovian系统自由演化轨迹的特性, 以及在所设计的控制器作用下纯态到纯态的状态转移,并通过性能对比实验, 验证了所提出的量子李雅普诺夫控制方法应用于Non-Markovian系统状态转移的有效性, 同时分析了控制参数、截断频率参数对控制系统性能的影响. 关键词: Non-Markovian开放量子系统 / 系统特性分析 / 量子李雅普诺夫控制 / 状态转移

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A Linear Least Squares Method to Identify the Damping Rate Function for a Non-Markovian Single Qubit System

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In this paper, we present a linear least squares method to identify a damping rate function for a non-Markovian single qubit system. The dynamics of the system is described by a time-convolutionless master equation where the unknown damping rate function contains all the information of the environment. By expressing the function as a polynomial of time with unknown coefficients, we convert the identification problem into a parameter estimation problem. We transform the master equation into a Bloch differential equation, and obtain a reduced system whose output is the time trace of an observable. Then we use a linear least squares method to estimate unknown coefficients in the polynomial by utilizing the measured outputs. Finally, the effectiveness of our method is shown in an example of a two-level atom non-Markovian system.

Conference proceedings/Conference proceedings - IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics•Oct 1, 2018•2 citations

Control of Open Quantum System : Examples & Methods for Non-Markovian Dynamics

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Habituellement, les systèmes quantiques ouverts sont considérés comme étant sous l'influence du bruit et donc défectueux. D'autre part, un système contrôlé est considéré comme quelque chose de stable et de prévisible. On néglige souvent le fait que ces deux aspects sont très étroitement liés. Un système quantique parfaitement isolé ne sera pas soumis aux influences de l'environnement, mais il est également impossible d'interagir avec lui de quelque manière que ce soit. Contrôler et mesurer un tel système est impossible et n'a donc aucun intérêt technique.Tout système utilisé dans un dispositif technologique doit donc être en contact avec son environnement. La question, qui est le point de départ de cette thèse, est de savoir s'il est possible non seulement de contrôler un système malgré son contact avec un environnement, mais aussi s'il existe des cas où cette interaction peut être nécessaire, ou du moins utile pour certaines tâches de contrôle.La première partie de la thèse se concentre sur une telle tâche, à savoir la purification d'un qubit. Ici, l'environnement est essentiel, afin de servir de puits d'entropie. La simplicité du modèle choisi nous a permis de dériver analytiquement le temps nécessaire au processus de purification pour des contrôles et des interactions arbitraires. Ceci est utile pour les architectures, où des implémentations de diverses configurations sont possibles.La seconde moitié de la thèse couvre un travail plus méthodique. Dans l'exemple de la réinitialisation des qubits, nous voyons que le temps nécessaire pour effectuer la tâche est déterminé par le couplage entre le système et l'environnement. Afin d'exécuter de telles tâches rapidement, nous devons développer un cadre permettant d'analyser les systèmes au-delà de la limite habituelle du couplage faible. Il n'existe à ce jour aucune méthode générale pour la propagation de tels systèmes, qui permette également la thermalisation. La méthode du Hamiltonien de substitution est un candidat prometteur pour capturer la dynamique au-delà de la limite de couplage faible et son extension, le Hamiltonien de substitution stochastique, permet la thermalisation. Nous étendons le hamiltonien stochastique de substitution en introduisant une nouvelle méthode pour effectuer des échanges stochastiques. Cette méthode est ensuite testée sur un modèle d'exemple simple.

•Dec 19, 2022•0 citations

Identifying a damping rate function for a non-Markovian single qubit system

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In this paper, we present a gradient algorithm to identify a damping rate function for a non-Markovian single qubit system. The dynamics of the single qubit system in a non-Markovian environment are assumed to obey a time convolutionless master equation, where all the non-Markovian effects of the environment are combined in the unknown damping rate function. To identify the damping rate function, we measure time trace observables of the qubit such that we can formulate the identification procedure as an optimization problem. Thus, we design a gradient algorithm to optimally reveal the damping rate function.

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Rotation of Bloch sphere induced by Lamb shift in open two-level systems

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From a quite general form of the Lindblad-like master equation of open two-level systems (qubits), we study the effect of Lamb shift on the non-Markovian dynamics. We find that the Lamb shift can induce a non-uniform rotation of the Bloch sphere, but that it does not affect the non-Markovianity of the open system dynamics. We determine the optimal initial-state pairs that maximize the backflow of information for the considered master equation and find an interesting phenomenon–the sudden change of the non-Markovianity. We relate the dynamics to the evolution of the Bloch sphere to help us comprehend the obtained results.

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