تصميم قوانين مراقبة على الوجه الأمثل لتطبيقات الهندسة الكينتوم

مبدأ " بونترياجين " الأقصى في التحكم في الكينتوم

PMP provides necessary conditions for optity by introducing a costate operator P(t) (or adjoint state). The opt control maximizes the Hamiltonian of the control system at each time t, usually expressed as H = ⁇ P, -i[H] qua-]get ⁇ .

طريقة كروتوف

طريقة (كروتوف) هي خوارزمية متكررة مستمدة من برنامج (PMP) باستخدام نظام للنشر الأمامي، تم تطويره في البداية للتحكم الكمي في ردود الفعل الكيميائية، تم توسيعه ليشمل النظم المفتوحة والبوابات على النحو الأمثل، ويستكمل الخواري مجالات التحكم عن طريق دمج معادلة (شرينغر) للأمام من الولاية الأولية وخلفية من الولاية المستهدفة، ثم يعدل

برنامج الديناميكية المختلف (DDP) وILQR

وبالنسبة لمشاكل التحكم غير الخطي بالنماذج، فإن منظم الطرازات المتكررة والمصرف المركزي للكهرباء يقدمان تحديثات ذات كفاءة للدرجة الثانية (نيوتن) وفي الهندسة الكمي، تقارن هذه الأساليب التكلفة بالهيزية فيما يتعلق بالضوابط، مما يتيح التقارب السريع قرب المستوى الأمثل، وهي مفيدة بصفة خاصة عندما تكون ميادين المراقبة عالية الأبعاد، وتكون المشهد التقريبي للتكلفة.

المراقبة الآلية والتخفيف من حدة الضجة

وتعاني النظم الكمية في العالم الحقيقي من عدم التيقن من البارامترات (مثلاً تحول ترددات الكوبتات، وتقلبات التقلبات في التقلبات) والضوضاء الحاد (مثل الضجيج 1/وقود، والصور الحرارية) - تعد قوانين مراقبة التصميم القوية لهذه العيوب أساسية بالنسبة للتكنولوجيا الكميائية القابلة للتوسع.

• Robust Optimization:] Formulate the cost as an average over an ensemble of system parameters sampled from a probability distribution. This “ensemble control” approach yields a single control law that works well across the range. Methods include sampling-based approximation and polynomial chaos expansion.
• (أ) تسلسل تحليلي ثابت زمني يلغي الأخطاء في الترتيب الأول أو الثاني، مثلاً، تسلسل BB1 وSK1 لحامض النبضات المركبة على أخطاء المرحلة المنهجية.

وتتمثل إحدى التركيبات القوية في استخدام السيطرة المثلى لتصميم لبنات البناء الأساسية (مثل البوابات) ثم التسلسلات المركبة للمزيد من القوة، وتستعمل برامج التحكم الكمي الحديثة، مثل تلك المستخدمة في الرواسب المحصورة ومراكز غلاف النيتروجين، هذه التقنيات الهجينة بصورة روتينية.

تطبيقات في تكنولوجيات الكينتوم

وقوانين الرقابة الفعالة هي المحرك وراء العديد من التقدم في مجال الحساب الكمي، والمحاكاة، والاستشعار، والاتصال، وفيما يلي مناقشة مجالات التطبيقات الرئيسية بمزيد من التفصيل.

مرتفعات الكوانتيوم

(ب) أن الحواسيب الكمية تعتمد على مجموعة عالمية من البوابات يجب أن تعمل بأخطاء تتجاوز عتبة خط الذنب في الشفرة السطحية (أي 99.9 في المائة من البوابات ذات المدار الواحد، و99.0 في المائة من البوابات ذات المدارين) وقد مكّنت المراقبة المثلية من المظاهرات التجريبية لبوابات ذات درجتين والتي تتجاوز قيمتها 99.9 في المائة من النظم الافتراضية المسببة للاختراق باستخدام النظام الدولي لرصد المناخ ونظام الإبلاغ عن النتائج المميتة (ISWAP).

الإعداد الكمي

إن بدء عمليات تحديد الكميات إلى دولة نقية معروفة (مثلاً، ⁇ ) شرط أساسي لمعظم الخوارزميات، ويمكن للتحكم الأمثل أن يعجل إعداد الدولة مع الحفاظ على درجة عالية من التأديــة، مثل نقل دولة التوازن الحراري إلى دولة نقية عن طريق دورات التبريد المثلى، وفي الاستشعار الكمي، يؤدي إعداد نهج التعلــم الطويل الأجل، وولايات GHZ إلى التخفيف من الحساسية المعززة.

التخفيف من حدة الفساد وقمعه

ولا تزال الضوضاء البيئية تشكل العقبة الرئيسية أمام حساب كمي قابل للتقسيم، ويمكن للتحكم الأمثل أن يصمم نبضات قوية بطبيعتها لقنوات ضوضاء محددة، مثل الأعمال المتعلقة ب " البوابات الكميائية الضارية باستخدام التحكم الأمثل ببصمات الضوضاء " (انظر رموز الرقابة الكميائية للثديين، التنقيح 2، 023141 (20)، ، الضوضاء على التكلفة).

الاتصالات والتواصل الشبكي

وفي شبكات الكمي، يلزم وضع قوانين للمراقبة من أجل نقل الدولة بشكل عالي التكوين بين العواصم البعيدة، التي كثيرا ما توسطها بفعل الحوائط الطائر (الفوتونز) - تحدد المراقبة الأمثل للشكل الزمني لأحزمة الموجات لتحقيق أقصى قدر من الامتصاص وكفاءة الانبعاثات، أما بالنسبة لمكرري الكم، فإن تسلسل الرقابة على التجمعات الذرية التي تولد التشابك المكبوتي يجب أن يُفضي إلى الحد الأقصى من وقت النجاح.

التحديات الحالية والاتجاهات المستقبلية

وعلى الرغم من التقدم الكبير، لا تزال هناك عدة تحديات في تصميم قوانين الرقابة المثلى في مجال الهندسة الكميّة:

• (أ) قابلية القياس: [(FLT:1]] Most optimization methods scale exponentially with the number of qubits due to the exponential growth of the Hilbert space. For many-qubit systems, one must resort to approximations (e.g.,mel product states, neural quantum states) or find control laws that leverage symmet.
• Hardware Compliance:] Control pulses designed in simulation often violate equipment constraints like maximum rise time, sampling rate, and cross- talks. Integrating equipment models into the optimization is an active area, e.g., using reality SPICE models for cryogenic electronics.
• Real-Time Optimization:] For closed-loop or adaptive control, optimization must be fast enough to track environmental proceedss. FPGA-based implementations of gradient optimization and model-predictive control are emerging, but robustness remains an issue.
• Open Systems and Non-Markovianity:] Many control problems for open quantum systems assume Markovian noise (memorless). Non-Markovian environments require more complex cost formulations, and opt control for such cases is less well understood.

وفي المستقبل، فإن تقارب التحكم الكمي مع التعلم الآلاتي، ولا سيما التعلُّم في مجال التعزيزات العميقة والنماذج السخية، سينتج على الأرجح فئات جديدة من قوانين الرقابة تتسم بالكفاءة والقوة، كما أن التقدم في الأجهزة الكمية، بما في ذلك الأجهزة القريبة من الأجل المخففة من الأخطاء، سيستفيد أيضا من تدفقات العمل المصممة على أفضل وجه، والهدف النهائي هو تمكين أجهزة القياس الكمي التي تعمل في ظروف واقعية وعملية.

خاتمة

تصميم قوانين التحكم المثلى جزء لا غنى عنه من الهندسة الكميّة، مما يتيح التلاعب الدقيق بالنظم الكمية اللازمة لتكنولوجيات الجيل القادم، ومن الأطر الأساسية لالرياضيات مثل طريقة بي بي بي بي بي بي وكروتوف إلى تحسين أفضل باستخدام التعلم الآلي، يوفر الميدان مجموعة غنية من الأدوات اللازمة لبناء قدرات عالية الجودة، وحلول رقابة قوية، مع استمرار البرمجيات الكمية في التنفيذ