开放量子系统中量子失协的反馈控制问题研究的任务书任务书题目：开放量子系统中量子失协的反馈控制问题研究一、问题简述开放量子系统指与环境相互作用的量子系统，该系统的演化不由一个单位算符给出。量子失协是指在系统和环境之间的相互作用下，系统状态会随时间演化而失去纯态的性质，变成一个混合态，这对于使用量子系统进行一些精密测量和计算任务时会产生重要影响。因此，需要在开放量子系统中实现量子失协的反馈控制，以延长系统纯态状态的维持时间和精度，提高其物理性能。二、研究内容和任务1.开展理论研究，通过建立数学模型，探究开放量子系统中量子失协的本质和机理。2.基于量子控制理论，设计合适的反馈控制算法，降低量子失协的发生率，并提高量子系统的鲁棒性和稳定性。3.针对实验平台，开发相应的量子控制系统，并详细研究系统参数对于失协抑制效果的影响。4.通过模拟实验和真实实验，验证所设计的反馈控制算法的有效性和可行性，同时还需要和传统控制方法进行比较。5.研究系统的最优控制方法，探索在量子系统中最大程度减少量子失协的方法；同时，考虑量子控制的泛在性和实用性，以实现更广泛的应用。三、技术路线1.量子开放系统理论研究通过量子物理学的相关知识和基于稳定性、可观察性等重要性能指标，建立量子开放系统的理论模型，并运用相应的数学工具探究其失协本质机理。2.反馈控制算法设计针对所建立的开放系统模型，设计合理的反馈控制算法，在控制效果、算法复杂度、可实现性等方面进行优化设计。3.硬件系统开发建立适合反馈控制实验的量子系统平台，选择合适的工具和设备，制定相应的实验方案。4.软件系统开发基于所开发的平台和实验需求，开发相应的控制软件，包括控制算法、控制流程等。5.系统验证与优化通过实验验证控制算法的有效性，并通过与传统控制算法的比较，优化控制算法和硬件系统。四、研究成果1.量子开放系统失协本质和机理的研究成果。2.针对开放系统，设计的反馈控制算法并验证，具有较高的失协抑制效果。3.设置和实现的实验平台，有效地验证所设计的算法。达到较高的量子系统精确度和可重复性。4.发表科研论文若干，并进行相关学术交流。五、预期工作计划2021.9-2021.12：理论基础研究和算法设计2022.1-2022.3：实验设备和控制程序的规划和设立2022.4-2022.12：算法的实验验证和数据分析2023.1-2023.3：研究成果撰写和论文的投稿2023.4-2023.6：论文答辩和学术交流六、参考文献1.D.A.Lidar,K.B.Whaley.Decoherence-FreeSubspacesandSubsystems.arXiv:quant-ph／9807004V12.A.Shabani,A.K.Mohapatraetal.Robustdynamicaldecouplingwithconcatenatedcontinuousdriving.NatureCommunications,5:3821(2014)3.X.Yuan,H.LueandX.Fan.Dissipativecontrolandartificialintelligence,TopicalReview.ReportsonProgressinPhysics,82(2019)4.Y.Bando,N.KitajimaandK.Nakamura.Universalquantumcontrolofanindividualelectroninadoublequantumdot.ScienceAdvances,3(3):e1602944(2017)5.U.VoolandE.Illeditsch.Cavity-aidedquantumparameterestimationwithoutanadaptivemeasurement.arXiv:1509.04068(2015)