中国科大实现开放量子系统中最优控制算法的设计及实验验证

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在开放量子体系的最优鲁棒节制算法的研究中取患了重要进展。该团队邹旭波、邹长铃等人与清华年夜学孙麓岩传授互助，完成了开放体系中最优节制算法的设计及试验验证。相干结果以“Robust and optimal control of open quantum systems”为题于2月26日正在线颁发正在国际出名期刊《迷信进展》（Science Advances）上。

高效算法破解开放体系节制难题

　　量子计较的精准操控始终面对开放体系情况噪声的严肃应战——参数漂浮、退相关效应等滋扰使患上传统关闭体系算法（如GRAPE、CRAB）优化获得的门操作保真度骤落。而现有开放体系优化方案虽能解决噪声问题，但计较庞大度急剧增加，紧张制约其正在年夜范围量子体系中的使用远景。

图 1 最优节制算法示用意

　　为此，该互助研究团队制造性交融关闭体系GRAPE算法框架与开放体系的算法实践（简称Open-GRAPE），开收回统筹精度与效率的“类似Open-GRAPE算法”。该方案经由过程引入参数漂浮与退相关噪声的低阶效应类似模子，将庞大开放体系的优化问题转化为可高效计较的情势。数值摹拟显示，相比Closed-GRAPE算法，新算法天生脉冲的平均不对率从1.47%落至0.97%；而其天生不对率小于0.93%的脉冲，即处于Closed-GRAPE算法均值三个尺度差外的高机能脉冲的几率晋升了约340倍。研究团队进一步以二项式编码举行了试验验证，数据标明正在编码的初始化与解码历程中平均不对率从1.84% 落至1.01%，而最低的不对率低至0.60%，处于范畴当先的程度。

图 2 优化所患上的五百条脉冲的保真度漫衍图

百万维开放体系的优化照进实际

　　研究团队进一步从实践上证实了，只管类似Open-GRAPE算法进一步思量了各类噪声，可是其算法庞大度仅为Closed-GRAPE算法的常数倍。成果显示，新算法正在思量两类参数扰动以及两类退相关噪声时，单次迭代计较庞大度仅为传统算法的6.8倍。进一步的数值计较成果标明，该算法无望正在以后的经典计较机中完成百万维（约20量子比特）开放量子体系的节制脉冲优化，为年夜范围量子处置惩罚器设计供给了可行方案。

　　该研究正在高效计较的根蒂根基上解决了开放量子体系最优节制历程中的噪声按捺问题，为年夜范围量子纠错、容错计较等供给了要害东西。审稿人高度确定了该事情的实用性：“This is a useful idea which should be of broad interest in the wider quantum co妹妹unity (largely independent of the particular platform).”

　　文章第一作者为中国迷信院量子信息重点试验室博士研究生陈子杰、清华年夜学交织信息研究院博士研究生黄泓伟、孙立达。本研究获得了国度科技部重点研发规划、国度天然迷信基金、量子科技立异规划、中央高校基本科研营业费和中国科年夜“双一流”设置装备摆设研究基金等名目基金的撑持。此外，本名目还获得了中国科年夜微纳研究与创造中间和超算中间的撑持。

　　论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr0875