Quantencomputing und Quantenkontrolle

Im Jahr 2009 veröffentlichte Bernard Chazelle ein berühmtes Algorithmenpapier mit dem Titel „Natural Algorithms“, in dem er Techniken der Rechenkomplexität auf ein steuerungstheoretisches Modell der Vogelbeflockung anwendete. Kontrolltheoretische Methoden (wie die Lyapunov-Funktionen) konnten zeigen, dass die Modelle schließlich zum Gleichgewicht konvergierten, konnten aber nichts über die Konvergenzrate sagen. Chazelle erhielt enge Grenzen für die Konvergenzrate.

Inspiriert davon hatte ich die Idee zu sehen, wie man Quantencomputing auf Quantenkontrolle anwendet oder umgekehrt. Allerdings kam ich damit nicht weiter, denn die Situationen schienen nicht analog zu sein. Außerdem schien QComp Ausdruckskraft in endlichdimensionalen Hilbert-Räumen zu haben, während QControl mir grundsätzlich unendlichdimensional erschien. Ich konnte also nicht sehen, wie ich Fortschritte machen sollte.

Meine Frage also: Scheint dies eine vernünftige Forschungsrichtung zu sein, und ich habe die technischen Einzelheiten einfach nicht gut genug verstanden? Oder sind Kontrolltheorie und Quantenkontrolle grundverschiedene Gebiete, die im Englischen nur ähnliche Namen haben? Oder eine dritte Möglichkeit?

EDIT : Ich habe seit ein paar Jahren nicht mehr darüber nachgedacht und habe gerade angefangen zu googeln. Ich habe dieses Übersichtspapier zur Quantenkontrolle gefunden , das auf einen Blick eine meiner Fragen zu beantworten scheint: dass Quantenkontrolle und traditionelle Kontrolltheorie tatsächlich verwandte Gebiete sind und einige ähnliche Techniken verwenden. Ob es eine Forschungsfrage wie Chazelles Analyse des BOIDS-Modells gibt, die für Quantencomputertechniken zugänglich wäre, habe ich keine Ahnung.

Beachten Sie natürlich, dass die "engen Grenzen" Türme von 2s beinhalten :)
"während mir QControl im Grunde unendlich-dimensional vorkam." Muss definitiv nicht sein. Siehe Werke der Gruppe um Frank Wilhelm.

Antworten (3)

Nun, offensichtlich weiß ich nicht genau, was Sie versucht haben, aber es ist keine unvernünftige Richtung. Sicherlich gibt es ein gewisses Zusammenspiel zwischen den beiden Bereichen. Viele der Open-Loop-Techniken, die in der Spinresonanz zur Standardpraxis geworden sind (z. B. Entkopplungsimpulse wie WAHUHA [Waugh, JS, Huber, LM, Haeberlen, U. (1968) Phys. Rev. Lett., 20, 180.] etc.) basieren auf genau denselben Suzuki-Trotter-Tricks, die heute in Quantensimulationsalgorithmen verwendet werden.

Darüber hinaus gab es einige nette Ergebnisse von Steffen Glaser und anderen zur optimalen Steuerung der Grundbausteine ​​der Quantenberechnung, einschließlich einiger Operationen auf ziemlich hoher Ebene wie der Erzeugung von Clusterzuständen (siehe arXiv:0903.4066 ) und Zustandsübertragung (siehe arXiv:0705.0378 ) . .

Es gibt auch eine riesige Literatur über den Versuch, Dinge in Quantencomputer zu verwandeln, selbst wenn Sie nicht alle Steuerknöpfe haben, die Sie sich wünschen könnten (siehe zum Beispiel Seth Lloyds Artikel über universelle Quantenschnittstellen, all das Zeug über globale Kontrolle und neuere Arbeiten von Daniel Burgarth und Alistair Kay über Lie-Algebraic-Control-Techniken).

Schließlich sind die beiden Bereiche über das adiabatische Modell sehr eng miteinander verbunden, bei dem die Effizienz direkt damit verbunden ist, wie schnell Sie adiabat zwischen zwei Hamilton-Operatoren wechseln können.

Hallo Joe, ich habe versucht, eine coole und originelle Frage zu stellen und sie dann zu beantworten. Ich habe beides nicht getan! Vielleicht schaffe ich jetzt wenigstens die erste Hälfte, danke.
@Aaron: Kein Problem. Ich hoffe, es ist etwas Nützliches für Sie dabei. Das adiabatische Zeug ist im Moment heiß, aber es ist schwierig, etwas Nützliches zu beweisen.
Es gibt auch interessante Beziehungen zwischen Universalität und der Idee einer Quantenkontrolllandschaft, die die Rolle der Komplexität hervorhebt. Übrigens, vielleicht möchten Sie dies zu einer Wiki-Frage machen?
Auch die Quantenrückkopplungssteuerung ist vielleicht eine interessante Richtung, die den verborgenen Unterschied zwischen klassischer und Quantensteuerung hervorhebt: die „Rückwirkung“ des Systems auf den Controller. Auch Ideen aus der Komplexitätstheorie tauchen in diese Richtung auf [neuere Arbeiten von H. Wiseman, K. Jacobs und J. Combes zum arXiv].
@Kaveh: Ich habe deinen ersten Kommentar überhaupt nicht verstanden :( Meinst du Turing-Universalität oder irgendeinen th-ph-Begriff? Meinst du auch, dies zu einem Community-Wiki nach dem Motto "Big list: What are papers that QCmp auf QCntrl anwenden oder umgekehrt?"
Ich meine das folgende Papier von Deutsch et al. und hier ist das Landschaftspapier von Chakrabarti und Rabbitz über die "Landschaft". Ja, das meinte ich mit Wiki. Ansonsten deckt das von Ihnen erwähnte Papier viele Aspekte ab.
Würde es Ihnen etwas ausmachen, einen Kommentar zu hinterlassen, warum? Es hilft Menschen, ihre Antworten zu verbessern, einen Fehler zu erkennen usw. und ist im Allgemeinen konstruktiv.
@Kaveh_kh: Ich dachte nicht, dass das so ist. Ich wollte ihm eine Vorstellung von einigen der Bereiche geben, in denen sich die beiden überschneiden, und keine vollständige Liste liefern. CW wurde in den frühen Tagen von CSTheory massiv überbeansprucht und führte später zu Problemen, daher zögere ich, es zu oft zu verwenden.
Was ist CW (angenommen, CS ist Informatik) :)
@ Joe: Ich denke, es gibt einige tiefere Verbindungen (wie Aaron anfangs zu implizieren schien) zwischen Quantenberechnung und Quantenkontrolle, die auf Komplexitätsideen basieren. Ich habe die Frage selbst (Sorry @Aaron) nach Ihrer Antwort und Aarons Update (aber nicht Ihrer Antwort) tatsächlich abgelehnt: Eine Frage, die durch eine Google-Suche beantwortet werden kann (in diesem Fall zufrieden), gehört möglicherweise nicht hierher.
@Kaveh_kh: CW = Community-Wiki hier auf StackExchange. Danke für die Erläuterung des Grundes für die Ablehnung. Ich bezweifle, dass meine ganze Frage durch eine Google-Suche beantwortet werden könnte, aber selbst wenn dies möglich wäre, habe ich nicht das Schlüsselwortwissen, um sie durchzuführen. Dies könnte das Thema einer Meta-Diskussion sein: Inwieweit möchte die Website Fragen von Leuten wie mir unterhalten, die Forscher sind, die aus Forschungsinteresse gestellt werden, aber wir haben sehr begrenzten physikalischen Hintergrund?
@Aaron: Ich fand Ihre Frage tatsächlich interessant (ich arbeite selbst an den Grenzen der Quantenkontrolle und der Quantenberechnung), war aber ein wenig enttäuscht, als Sie die Rezension zu Quantum Control hinzugefügt haben und mit einer Google-Suche irgendwie zufrieden waren. Auf der anderen Seite wäre dies immer noch der Ort, um Fragen genau wie Ihre zu stellen, und ich denke, die kollektiven Abstimmungen und die sich abzeichnenden Admin-Maßnahmen in solchen Fällen sind besser als Fragen zu überwachen.
@Kaveh_kh: Vielleicht solltest du dann eine Antwort posten. Für mich sehe ich die offensichtliche Verbindung zwischen Schaltungskomplexität und optimaler Steuerung, dachte aber, dass dies im Wesentlichen zu offensichtlich wäre, um es ausdrücklich zu erwähnen, und ich sah den adiabatischen Algorithmus als die tiefste Verbindung, aber vielleicht gibt es eine bessere Antwort. Ich erhebe keinen Anspruch darauf, dass dies endgültig ist.
:) Ich habe um Rat gebeten, bevor ich eine Antwort gepostet habe, wurde aber vor den Komplikationen gewarnt. Das Problem ist, dass die Quantenkontrolle nicht gut definiert ist.

Ich denke nicht, dass es eine unvernünftige Richtung ist – und etwas, das, glaube ich, von ein paar Leuten gemacht wird. Ich bin tatsächlich auf dieses Thema in John Baez' Blog http://johncarlosbaez.wordpress.com/2010/08/16/quantum-control-theory/ gestoßen . Wenn Sie nach beleuchteten Empfehlungen suchen, könnten Sie es wahrscheinlich schlimmer machen, als sich den Beitrag und die Kommentare anzusehen. Probieren Sie auch http://cam.qubit.org/node/224 aus, einen Master-Kurs in Quantenkontrolle von Cambridge.

Der Artikel „Beyond causally ordered Quantum Computers“ von G. Chiribella geht auf eine einzigartige Situation mit Quantencomputing und Quantenkontrolle ein. Es definiert ein Wechseltor, das einen verschränkten Zustand hat, in dem sich Elemente eines Quantencomputers in einer Überlagerung verschiedener verbundener Zustände befinden.