量子ダイナミクスの加速の研究：量子制御の高速化に向けて

量子动力学加速研究：迈向更快的量子控制

• 批准号: 24740254
• 负责人: 増田 俊平
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24740254/
• 关键词: 量子ダイナミクスのコヒーレント制御; fast-forward protocol; counter-diabatic field; ボーズ-アインシュタイン凝縮体の制御; 分子の振動準位の制御; 荷電粒子の制御; 量子状態の高速コヒーレント制御; 国際情報交換、アメリカ; 国際情報交換、ウズベキスタン; 国際情報交換; Los Alamos National Lab.

微細加工技術の進歩により、現在では量子状態を精密に制御することが可能になってきており、分子や原子一つ一つをコントロールすることまで可能である。しかし、それらの量子制御を正確かつ高速で行うことが出来なければ将来の工業的応用は望めない。本研究の目的は原子や分子の運動や内部状態を正確に短時間でコントロールするための理論的な枠組みを構築する事であった。本研究課題の成果は大きく分けて次の３点である。1）量子ダイナミクスの加速理論を多体系、離散系へ拡張した。2）異なるエネルギー固有状態間の遷移を加速する外場の導出。3）高速で量子状態の制御を行う事で、擾乱の少ない量子制御を可能にした。研究期間全体を通し該当研究について6編の論文が採用され、APSを始めとする国際的な会議において７回以上研究成果を発表した。該当研究の成果が評価され2014年度の日本物理学会若手奨励賞を受賞した。特に顕著な成果として最終年度に行った分子の振動準位間の遷移を制御するレーザーパルスのデザインに関する研究が挙げられる。パルスの強度やパルス間のタイミングをどのように調整すればよりたくさんもターゲット状態が得られるかという指針を与える理論的研究を行った。この研究は上記の目的１と２に対応する。　研究期間を通してボーズ-アインシュタイン凝縮体を光格子内に数μ秒から数十μ秒の短時間で閉じ込める方法に関する研究など、さまざまな量子制御の精密化高速化についての成果を発表する事ができた。この研究はPhysical Review LetterのEditors' suggestionに選ばれた。原子や分子の運動はそれにかかる外場によって変わる。本研究は異なる外場によって駆動される一見異なる量子ダイナミクスの間に関係を見いだすことで、それを制御に利用するという理論的な側面を持っており、今後も応用と理論のさらなる発展が期待される。

微加工技术的进步现在使得精确控制量子态，甚至控制单个分子和原子成为可能。然而，除非这些量子控制能够准确、高速地进行，否则未来的工业应用就无法实现。这项研究的目的是构建一个在短时间内精确控制原子和分子的运动和内部状态的理论框架。本研究项目的成果大致可分为以下三点。 1）将量子动力学的加速理论扩展到多体和离散系统。 2）推导加速不同能量本征态之间转变的外部场。 3）通过高速控制量子态，使得干扰较小的量子控制成为可能。整个研究期间，该研究共接收论文6篇，研究成果在APS等国际会议上发表7次以上。该研究成果获得高度评价，并荣获日本物理学会2014年度青年科学家鼓励奖。一个特别值得注意的成果是该项目最后一年进行的关于控制分子振动能级之间转变的激光脉冲设计的研究。我们进行了理论研究，为如何调整脉冲强度和脉冲之间的时间以获得更多目标状态提供指导。本研究对应于上述目标 1 和 2。在整个研究期间，我们能够发表各种关于量子控制的精度和加速性的成果，例如研究在几微秒到几十微秒的短时间内将玻色-爱因斯坦凝聚态限制在光学晶格内的方法。 。该研究被《Physical Review Letter》选为编辑建议。原子和分子的运动根据施加在它们上的外场而变化。这项研究的理论方面是寻找由不同外部场驱动的看似不同的量子动力学之间的关系，并将其用于控制​​，预计未来在应用和理论方面会有进一步的发展。

项目成果

Fast-forward theory in many body systems and decrease of effects of noise on quantum states by rapid manipulation

许多身体系统中的快进理论以及通过快速操纵减少噪声对量子态的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Shumpei Masuda;Katsuhiro Nakamura;Adolfo del Campo;S. Masuda and S. A. Rice;S. Masuda;増田俊平;Shumpei Masuda;Shumpei Masuda;S. Masuda;増田俊平;S. Masuda;S. Masuda;増田俊平;増田俊平;増田俊平
• 通讯作者: 増田俊平

早送り理論を用いたボーズ-アインシュタイン凝縮体の高速コヒーレント制御

使用快进理论对玻色-爱因斯坦凝聚体进行快速相干控制

• 发表时间: 2014
• 作者: Shumpei Masuda;Katsuhiro Nakamura;Adolfo del Campo;S. Masuda and S. A. Rice;S. Masuda;増田俊平;Shumpei Masuda;Shumpei Masuda;S. Masuda;増田俊平
• 通讯作者: 増田俊平

Controlling quantum dynamics with fast-forward protocol

使用快进协议控制量子动力学

• 发表时间: 2014
• 作者: Shumpei Masuda;Katsuhiro Nakamura;Adolfo del Campo;S. Masuda and S. A. Rice;S. Masuda;増田俊平;Shumpei Masuda;Shumpei Masuda
• 通讯作者: Shumpei Masuda

Reduction of effect of noise by rapid manipulation with fast-forward scaling theory

利用快进缩放理论进行快速操作来减少噪声的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Shumpei Masuda;Katsuhiro Nakamura;Adolfo del Campo;S. Masuda and S. A. Rice;S. Masuda;増田俊平;Shumpei Masuda;Shumpei Masuda;S. Masuda;増田俊平;S. Masuda;S. Masuda;増田俊平;増田俊平
• 通讯作者: 増田俊平

Quantum Protection by Successive Coherent Controls using Fast-Forward Theory: Protection of Bose-Einstein Condensates

使用快进理论通过连续相干控制进行量子保护：玻色-爱因斯坦凝聚态的保护

• 发表时间: 2013
• 作者: Shumpei Masuda;Katsuhiro Nakamura;Adolfo del Campo;S. Masuda and S. A. Rice;S. Masuda;増田俊平;Shumpei Masuda;Shumpei Masuda;S. Masuda;増田俊平;S. Masuda
• 通讯作者: S. Masuda