Anwendungen der Theorie optimaler Kontrole


Quantenalgorithmen und Simulationen in segementierten Fallen benötigen Operationen mit hoher Qualität. Dabei sind es einerseits die logischen Gatteroperationen zur Manipulation eines einzelnen Quantenbits, oder Gatter zwischen zwei Quantenbits, die ohne Fehler ablaufen sollen. Auf der anderen Seite müssen Ionen schnell innerhalb der Falle transportiert werden, wobei Heizeffekte möglichst gering gehalten werden sollten.

Für beides ist die Theorie optimaler Kontrolle ein ideales Werkzeug um schnelle und und gegen Ungenauiglkeiten robuste Laserpulse zu berechnen um die logischen Gatteroperationen durchzuführen [1] oder auch um die Kontrollspannungen an den Fallenlektroden zu ermitteln, sodass die Ionen schnell transportiert werden [2].Die Methode erlaubt es, weitgehend ohne Näherungen die Probleme numerisch zu optimieren. Wichtiger ist, dass die Lösungen robust gegen Rauschen und Ungenauigkeiten der Parameter sind.

Eine experimnetelle Demonstartion für ein Gatter an einem einzelne Ionen-Quantenbit in der Gruppe von Ch. Wunderlich (Uni Siegen) zeigt das Potential der Anwendungen [1]. In unserer Gruppe verfolgen wir einen Ansatz mit klassischen Ionentrajektorien ebenso wie eine Simulation von Wellenpaketen um das Bewegen von Ione und das Trennen von Ionenkristalle zu optimieren. Für Quantengatter lösen wir numerisch die vollständige zeitabhängige Hamitonfunktion [3]. Weiteres

[1] N. Timoney et al.,  quant-ph/0612106 (2006)
[2] S. Schulz et al., Progress of Physics, Wiley  54, No. 8 - 10,  648 (2006)
[3] J. P. Palao et al., Phys. Rev. A 68, 062308 (2003)

Wir verfolgen diese Forschungen in einem Netzwerk europäischer Gruppen Emali.