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Laser control of quantum systems by ultrafast parallel adiabatic passage : application to high fidelity population transfer, state selectivity, and superposition of states

Vahe Hakobyan

Published Nov 8, 2011• 0 citations
Publisher

Abstract

Dans ce travail, nous établissons et testons la technique de passage adiabatique parallèle (PAP) qui optimise le passage adiabatique en sélectionnant un trajet spécifique qui permet une dynamique rapide tout en préservant la robustesse standard de la technique adiabatique. L'intuition de PAP est basée sur le fait que l'on s'attend à une probabilité de transition nonadiabatique allant vers zéro par analyse Landau-Zener lorsque la courbure relative des deux énergies propres tend vers zéro. Dans ce travail nous testons la robustesse de cette technique et nous montrons sa supériorité par rapport à une dynamique avec un chirp linéaire traditionnel et des impulsions gaussiennes. Nous montrons son extension sur les transitions multiphotons dans les systèmes quantiques multiniveaux, où l'effet Stark joue un rôle important. Nous avons déterminé une forme optimale d'impulsion dans laquelle les décalages des niveaux sont simultanément compensés par la phase programmé de l'impulsion du laser. Ensuite, est présentée la technique de passage adiabatique parallèle local. Cela correspond à une dynamique où la valeur propre de l'état peuplé est parallèle à la plus proche au cours du temps. Nous développons l'idée de transfert de population par passage adiabatique de l'état fondamental à une superposition d'états. Le transfert est exécuté par des impulsions femtosecondes mises en forme dans le domaine spectral. Les états excités sont déplacés de façon dynamique en raison de la présence de composants non-résonnants des canaux différents. Nous montrons que ce décalage Stark peut être compensé par un autre champ ou par une mise en forme spécifique des impulsions appropriées.

DOI
10.70675/a4b594e6za8cbz4323z9b07z3343dc3a728c

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La première partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration théorique de processus adiabatiques permettant le transfert de population entre un état initial et un état cible d'un système quantique. La stratégie du passage adiabatique parallèle pour laquelle les paramètres de couplage sont conçus de telle sorte que la différence des valeurs propres du système reste constante à chaque instant, permet de minimiser à zéro les transitions non-adiabatiques données par la formule DDP. Cette technique permet de combiner à la fois l'efficacité énergétique des méthodes impulsion-pi et la robustesse du passage adiabatique. La seconde partie de cette thèse concerne les effets de la dissipation sur le passage adiabatique. La formule de probabilité de transition d'un système à deux niveaux tenant compte des effets de la dissipation est établie. Cette formule permet de reformuler la solution générale d'un système dissipatif à deux niveaux dans la limite adiabatique qui est valable au-delà du régime de faible dissipation.

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Robust control for quantum technologies and quantum information processing

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Contrôle robuste pour les technologies quantiques 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.

•Jun 3, 2022•0 citations

Contrôle quantique adiabatique : technique de passage adiabatique parallèle et systèmes dissipatifs

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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.

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