偶极里德堡原子阵列中迪克流形的量子最优控制

《Physical Review A》：Quantum optimal control of the Dicke manifold in dipolar Rydberg atom arrays

　　对多体系统的量子态进行工程制备和控制的能力，是量子信息科学中的核心挑战。对于N个量子比特的寄存器，完整的希尔伯特空间维度以$2^N$指数增长，使得在不利用结构或对称性的情况下，通用的态制备和控制变得不可行。一个特别重要且具有物理动机的限制是将系统限制在全对称子空间中，该子空间由迪克态张成，这些态是集体自旋$J=N/2$的同时本征态。在二维光镊阵列中通过电偶极相互作用耦合的里德伯原子系综，为实现此类控制提供了有前景的平台。然而，偶极-偶极相互作用的有限作用范围对生成和控制迪克流形构成了挑战，因为哈密顿量会导致从计算子空间发生的泄漏。为了抵消这种泄漏，我们根据"不可约表示蒸馏法"（IRD）在截断希尔伯特空间上执行量子最优控制算法，该方法仅需线性标度的希尔伯特维度，即可捕捉对称子空间与泄漏误差空间之间耦合的过程。我们在几乎没有局域寻址能力的控制方案上实施梯度上升脉冲工程（GrAPE），以生成具有资源价值的量子态，如GHZ态、迪克态和极值量子态。我们对每种IRD-GrAPE方案进行量子速度极限的基准测试，并在小规模系统上精确测试脉冲保真度，同时利用更高阶的IRD在更大系统上预测保真度。