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核磁共振中的量子控制
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O482.532[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]中国科学技术大学近代物理系,合肥微尺度物质科学国家实验室,合肥230026, [2]中国科学技术大学,量子信息与量子科技前沿协同创新中心,合肥230026
  • 相关基金:国家重点基础研究发展规划(批准号:2013CB921800,2014CB848700)、国家杰出青年科学基金(批准号:11425523)、国家自然科学基金(批准号:11375167,11227901,91021005)、中国科学院战略性先导科技专项(B)(批准号:XDB01030400)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20113402110044)资助的课题.
中文摘要:

近年来,随着量子信息科学的发展,对由量子力学原理描述的微观世界的主动调控已成为重要的前沿研究领域.为构造实际的量子信息处理器,一个关键的挑战是:如何对处于噪声环境下的量子体系实现一系列高精度的任意操作,以完成目标量子信息处理任务.为此,人们将经典系统控制论的思想方法延伸到量子体系的领域,提出了大量的量子控制方法以及相关的数值技术(如量子优化控制、量子反馈控制等),并取得了丰富的研究成果.核磁共振自旋体系具备成熟的系统理论和操控技术,为量子控制方法的实用性研究提供了优秀的实验测试平台.因此,基于核磁共振的量子控制成为量子控制领域的重要方向.本文简要介绍了量子控制的基本概念和方法:从系统控制论的角度对核磁共振自旋体系的基本原理和重要控制任务做了阐述;介绍了近些年来在该领域发展的相关控制方法及其应用;对基于核磁共振体系的量子控制的进一步的研究做了几点展望.

英文摘要:

With the development of quantum information science, the active manipulation of quantum systems is becoming an important research frontier. To build realistic quantum information processors, one of the challenges is to implement arbitrary desired operations with high precision on quantum systems. A large number of quantum control methods and relevant numerical techniques have been put forward in recent years, such as quantum optimal control and quantum feedback control. Nuclear magnetic resonance (NMR) spin systems offer an excellent testbed to develop benchmark tools and techniques for controlling quantum systems. In this review paper, we briefly introduce some of the basic control ideas developed for NMR systems in recent years. We first explain, for the liquid spin systems, the physics of various couplings and the causes of relaxation effects. These mechanisms govern the system dynamics, and thus are crucial for constructing rigorous and efficient control models. We also identify three types of available control means: 1) raido-frequency fields as coherent controls; 2) phase cycling, gradient fields and relaxation effects as non-unitary controls; 3) radiation damping effect as feedback control mechanism. Then, we elucidate some important control tasks, which may arise from the conventional NMR spectroscopy (e.g., pulse design and polarization transfer) or from quantum information science (e.g., algorithmic cooling and pseudo-pure state preparation). In the last part, we review some of the most important control methods that are applicable to NMR control tasks. For systems with a relatively small number of spins, it is possible to use analytic optimal control theory to realize the target unitary operations. However, for larger systems, numerical methods are necessary. The gradient ascent pulse engineering algorithm and pulse compiler techniques are the most successful techniques for implementing complicated quantum networks currently. There are some interesting topics of utilizing radiation

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876