2023 年度研究成果報告書

強秩序系に対する超高速コヒーレント制御の最適化シミュレーション

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05414
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関	東北大学
研究代表者	大槻幸義東北大学, 理学研究科, 准教授 (40203848)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	量子最適制御 / 量子制御 / デコヒーレンス / 量子計算 / レーザーパルス
研究成果の概要	量子最適制御法を拡張し，パルスエネルギー拘束条件の取り込みおよび可変な中間時刻における制御目的の指定アルゴリズムを開発した。マルコフマスター方程式の下，新たに開発した最適制御シミュレーションにより，スピン系に対するデコヒーレンスの影響を系統的に調べ，系の純粋度を高い値に保つ制御機構を純粋度トラジェクトリ図による解析により明らかにした。一方，光学フォノンの相互作用モードを分子に模して，非共鳴レーザーパルスによる複素確率振幅の量子制御機構を最適制御シミュレーションにより明らかにした。特に，分布は変えずに相対位相を保つ非自明の制御法を見出した。
自由記述の分野	理論化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	量子最適制御法はスピン系の制御を含む量子技術の開発に重要なシミュレーションツールであり，パルスエネルギー拘束条件や可変な中間時刻目的を扱えるようにアルゴリズムを拡張・開発できた意義は大きい。本手法は任意の量子系に適用可能であることから，基礎研究のみならず実用に向けた指針としても活用できる。デコヒーレンスの影響に関しては，純粋度トラジェクトリで表す新しい視点を提供した。量子系の制御にはしばしばレーザーパルスが用いられが，。非共鳴レーザーパルスが共鳴パルスと同様に量子制御に有効であることを示すことで，今後の応用展開において光源選択の幅を大きく広げられたと考えている。