Application of Coherent Quantum Control Schemes in Classical Physics

Мухамад Махмуд, Mouhamad Mahmoud

Published Jul 12, 2022• 0 citations

Abstract

Тази докторска теза разглежда няколко аспекта на квантово-класическите аналогии. Първо, ние разглеждаме аналогията между техниката на композитните импулси от квантовата физика с манипулация на поляризацията и генерация на честоти в нелинейната оптика. Основната концепция на тази аналогия е да даде предимство на тези класически системи, които са чувствителни към експерименталните условия, за да ги направи устойчиви и широколентови. Освен това, ние изследваме аналогията между неермитовата квантова система с три състояния и каскадното раждане на нелинейна честота в среда със загуби, с цел устойчиво генериране на нови честоти в нелинейни кристали. Накрая, в контекста на манипулиране на поляризацията, ние проектирахме две устройства: нереципрочна поляризационна вълнова пластина, чието действие зависи от посоката на разпространение на светлината, и независим от входната поляризация оптичен изолатор с нива на изолация в диапазона от 43 dB до 50 dB.

Related papers

Quantum Algorithms in Cybernetics

Петър Николов, Petar Nikolov

Предложен е нов метод за симулация на бинарен хомогенен Марковски процес чрез използването на квантов компютър. Този нов метод позволява използването на характерните свойства на квантовите механични системи – суперпозицията, вплетените състояния и вероятностното пресмятане. Имплементация на алгоритъм, базиран на този метод изисква създаването на нов квантов логически гейт, който да създаде вплетени състояния между два кюбита. Това е дву-кюбитов логически гейт и трябва да изпълни предефинирано завъртане по оста Х на кюбита, който играе ролята на цел, където завъртането точно представя преходните вероятности за един Марков процес. Този гейт се изпълнява само когато управляващият кюбит е в състояние |1>. Необходимо е да се разработи алгоритъм, който използва разпределението на преходните вероятности за процеса по прост и интуитивен начин, за да ги трансформира в завъртания по оста Х. Създаването на квантов гейт използвайки само съществуващите логически гейтове в облачната платформа е възможно, въпреки това квантовите процесори са прекалено шумни, което води до значителни нараствания на грешката при измерване на квантовата система. Хардуерната реализация на квантов процесор на IBM с име Yorktown, която е с конфигурационна карта тип “папионка” се справя значително по-добре от другите 5-кюбитови процесори с конфигурация “Т” и 14-кюбитовия процесор Melbourne от гледна точка на квантова точност. Симулацията на бинарен хомогенен Марковски процес на реален квантов процесор дава

Oct 21, 20200 citations

Design of Composite Pulse Sequences for Quantum Technologies

Хайк Геворгян, Hayk Gevorgyan

Композитните импулси заемат важно място в гамата от техники за квантов контрол и имат предимство сред тях, че са подходящи за стабилна, чувствителна или гъвкава високопрецизна манипулация на квантови системи. Целта е да се разшири обхватът на методологията, родена в ядрено-магнитния резонанс, и да се модернизират нейните приложения. В дисертацията е представен ефектът на този гъвкав метод в квантовите изчисления, квантовите сензори, обработката на квантовата информация и поляризационната оптика. Последните сочат съществуването на квантово-класическа аналогия, дължаща се на лежащата в основата им аналогична математика. Възможността за проектиране на стабилни квантови гейтове чрез широколентови композитни импулси с ултрависока прецизност, надвишаваща бенчмарка за квантово изчисление, е забележителна за квантовите изчисления. Извличането на композитните импулси с тясна лента и лента на пропускане за приложения в квантовите сензори налага използването на SU(2) и нови подходи за оптимизацията. Интересно е, че композитните импулси също са способни на стабилни преходи с ултрамалка вероятност и могат да имат потенциални приложения за детерминистично еднофотонно излъчване и DLCZ протокола, добре познат в квантовата обработка на информация. Друга модификация води до ултрастабилен и ултрачувствителен квантов контрол на вероятността за преход чрез композитни импулси, които могат да имат важни приложения за създаване на поляризационни полувълнови плочи с ултрашироколентова и ...

Oct 12, 20230 citations

Classical and Quantum Brownian Motion

Румен Цеков, Roumen Tsekov

От класическата механика е изведено обобщено уравнение на Ланжвен за механична подсистема, взаимодействаща с хармоничната баня на твърдо тяло. Получени са статистическите свойства на мултипликативната случайна сила и съотношение, свързващо тензора на триене със статичния потенциал. Обикновеното уравнение на Ланжвен е приложено за описание на различни примери на резонантно Брауново движение на атоми, твърди, димери и нормални алкани. Уравнението на Шрьодингер е обяснено като резултат от удари между точковите частици и виртуалните квантови частици, пренасящи фундаменталните взаимодействия. Така, вълновият характер на квантовата механика се дължи на виртуалните частици, които са вълни в координатното и квазичастици в моментно подпространство. Изведено е стохастично уравнение на Лоренц-Ланжвен, описващо Брауново-подобното движение на точковите частици в квантовата механика, и е демонстрирано как се получава уравнението на Шрьодингер чрез калибровъчна трансформация. Предложено е стохастично уравнение на Бом-Ланжвен и е преобразувано в уравнение на Смолуховски-Бом за еволюцията на плътността на вероятността в конфигурационното подпространство на една квантова подсистема в класическа среда. Предложено е нелинейно управляващо уравнение чрез квантоване на класическото уравнение на Клайн-Крамерс и приложението му към свободна Браунова частица води до нов закон за разпръскване на вълновия пакет, който е квантово обобщение на класическия закон на Айнщайн за Брауновото движение.

Sep 19, 20210 citations

Methods and Algorithms for Constructing Classical and Quantum Error-Correcting Codes

Мая Христова, Maya Hristova

В дисертационния труд са изследвани проблеми и задачи, които са свързани както с класическите и квантовите шумозащитни кодове, така и с ортогоналните масиви.Представен е и нов метод за конструиране на ДНК кодове, базиращ се на връзките между ДНК кодовете и ACG кодовете.В дисертационния труд са разгледани и някои методи за конструиране на квантови кодове.Освен методи и алгоритми за конструиране на класически и квантови кодове са разгледани и методи за класификация на ортогонални масиви. Известните до сега методи за класификация могат да се обобщят в две групи. При първите методи се генерират всички ортогонални масиви и впоследствие се определя кои са изоморфните измежду всички конструирани. При методите от втората група се използва тотална лексикографска наредба.

Feb 8, 20190 citations

„Methods for increasing the efficiency of quantum key distribution models“

Георги Бебров, Georgi Bebrov

В дисертационния труд се засягат проблемите на научната област „квантова криптография“, в частност пренасяне на криптографски ключове посредством квантова комуникация. Предложени са методи за повишаване ефективността на съществуващи квантови модели за пренос на криптографски ключове. Оценена е сигурността на тези методи – доказва се, че прилагането им не засяга конфиденциалността на комуникационния процес. Представени са модифицирани квантови модели, които включват предложените методи. Оценява се ефективността на тези модели. Достига се до резултат, който показва, че прилагането на предложените методи води до 1.5 или приблизително 1.5 пъти по-добра ефективност. Също така, в дисертационния труд се предлага метод за обобщена оценка на съществуващите квантови модели. Той представлява определяне стойностите и комбиниране на основните параметри на моделите. За основни параметри са приети: ефективността, сигурността и практичността. За обобщено оценяване на моделите е предложен израз, представляващ равнотегловна сума (средноаритметична стойност) на основните параметри.

Apr 1, 20210 citations

Quantum control : basic theoretical questions and technological perspectives

Κωνσταντίνος Καλέρης

Η θεωρία κβαντικού ελέγχου είναι μια νέα αναπτυσσόμενη μαθηματική θεωρία, η οποία ανζητά μεθόδους για τον καθορισμό της συμπεριφοράς των κβαντικών συστημάτων. Ο πρώτος στόχος της παρούσης εργασίας είναι η επισήμανση και η διευκρίνηση των θεωρητικών ερωτημάτων που προκύπτουν από την παρουσίαση της θεωρίας του κβαντικού ελέγχου ως προέκτασης του κλασικού ελέγχου. Ο δεύτερος στόχος της εργασίας είναι η παρουσίαση ορισμένων απλών παραδειγμάτων και μεθόδων κβαντικού ελέγχου, έτσι ώστε ο αναγνώστης να αποκτήσει μιά πρώτη εικόνα σχετικά με τα προβλήματα που ανακύπτουν στην προσπάθεια των ερευνητών να τιθασεύσουν τον μικρόκοσμο. Καθώς ο κβαντικός έλεγχος είναι κοινό ερευνητικό πεδίο για την επιστήμη των ηλεκτρολόγων μηχανικών και των φυσικών, η εργασία αυτή είναι φτιαγμένη έτσι ώστε να παρέχει σε ένα μηχανικό και ένα φυσικό τις γνώσεις που είναι απαραίτητες για τη μελέτη του κβαντικού ελέγχου. Για το σκοπό αυτό το πρώτο κεφάλαιο απευθύνεται κυρίως σε φυσικούς και αποτελεί μια παρουσίαση των βασικών αρχών της κλασικής θεωρίας ελέγχου. Αντίστοιχα, το δεύτερο κεφάλαιο απευθύνεται σε μηχανικούς και παρέχει τις απαραίτητες γνώσεις κβαντομηχανικής. Τέλος, το τρίτο κεφάλαιο αποτελεί τον κύριο κορμό της εργασίας και απευθύνεται σε αναγνώστες που προέρχονται και από τους δύο επιστημονικούς κλάδους.

Dec 13, 20100 citations