Skip to main content
SUPERVISOR
حمیدرضا کوفی گر (استاد مشاور) فرید شیخ الاسلام (استاد راهنما)
 
STUDENT
Abolghasem Daeichian
ابوالقاسم دائی چیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Behaviour analysis and control of quantum systems driven by non-classical inputs
This dissertation could be divided into three parts. First part is devoted to represent the fundamental role of quantum control in the generation of quantum technology. The grounds and materials of quantum control is broadly surveyed including some topics such as modeling, controllability, quantum networks, quantum filtering, open-loop and close-loop control. In the second part, a basic question in control engineering is answered which is how a system responds to the different inputs? This question is addressed by estimating the system state using quantum filtering for a two-level quantum system driven by various inputs including vacuum state, multimode single-photon and superposition of coherent states. The purity of state is also considered and its dynamic is derived as another parameter of system behavior.Pure states representquantum states of maximal information andthey are desired in many applications. Finally, an algorithm is presented tocontrol a quantum system based on feedback. The controller design is based on derivation of closed-loop stochastic Schr?dinger equation and satisfying a stabilization condition which is defined. The proposed method is applied to steers the state of two-level quantum system from any initial state into any desired state. The simulation results show the validity of the proposed method. Keywords: quantum feedback control, behaviour of quantum system, purity of state of quantum system, multi-mode single photon, superposition of coherent states, stochastic Schr?dinger equation
ایده‌ی کوانتیزه کردن در سال 1900 میلادی توسط ماکس پلانک به منظور رفع تناقضات در بین بعضی از نتایج آزمایشگاهی و محاسبات مبتنی بر تئوری کلاسیک مانند تابش گرمایی ارائه شد. مدتی بعد از آن بود که ساخت دستگاه‌هایی مبتنی بر این تئوری به آرزویی برای محققان تبدیل شد. تحقق این آرزو مستلزم ایجاد بستر تئوریک و روش‌هایی عملی برای کنترل سیستم‌های کوانتومی بوده است. در نتیجه تحقیقات فراوانی در زمینه تئوری کنترل سیستم‌های کوانتومی و روش‌های عملی برای پیاده‌سازی آن صورت گرفته و درحال انجام است. ما اکنون در قلب دومین انقلاب کوانتومی هستیم. اولین انقلاب، قوانینی را که بر فیزیک حکومت می‌کنند بیان کرده و دومین انقلاب، استفاده از آن قوانین برای توسعه‌ی تکنولوژی‌های جدید است. امروزه با پیشرفت تکنولوژی، ساخت دستگاه‌هایی مبتنی بر نظریه کوانتوم مانند کامپیوترهای کوانتومی امکان‌پذیر شده است. کنترل سیستم‌های کوانتومی به دو روش حلقه باز و حلقه بسته انجام می‌شود. با توجه به اثراتی که اندازه‌گیری بر روی یک سیستم کوانتومی دارد، کنترل حلقه باز از اهمیت ویژه‌ای نسبت به سیستم‌های کلاسیک برخوردار است ولی با این وجود هنوز روش حلقه بسته با توجه به مزایای آن برتری داشته و مورد توجه می‌باشد. این رساله ابتدا بطور خلاصه به بیان اهمیت موضوع و برخی از کاربردهای آن که تا زمان تدوین این رساله مشخص شده است خواهد پرداخت.سپس با توجه به اهمیت موضوع سعی شده است تا یک بررسی کلی بر روی مدل‌های بکارگرفته شده برای کنترل سیستم‌های کوانتومی انجام شود که موضوعاتی مانند شبکه‌های کوانتومی و چگونگی بیان اتصالات مختلف در آن‌ها را نیز شامل می‌شود. در بخش دوم این رساله به یک سوال اولیه در مهندسی کنترل یعنی چگونگی پاسخ یک سیستم به ورودی‌های مختلف برای یک اتم دوترازی به کمک فیلترینگ کوانتومی پاسخ داده شده است. ورودی‌های مختلفی شامل ورودی حالت خلأ، تک فوتون پیوسته و برهم‌نهی حالت‌های همدوس در نظر گرفته شده است. درجه خلوص حالت یک سیستم کوانتومی، که بیان‌گر میزان اطلاعاتی است که از سیستم کوانتومی در دسترس می‌باشد، از اهمیت خاصی برخوردار است و در بسیاری از کاربردها ساختن حالت‌های خالص مورد نظر است. بنابراین برای بررسی رفتار سیستم‌های کوانتومی تحت ورودی‌های ذکر شده، درجه خلوص حالت آن‌ها مورد بررسی قرارگرفته و دینامیک تغییرات درجه خلوص استخراج شده است. در بخش پایانی الگوریتمی برای طراحی کنترل‌کننده‌ای مبتنی بر فیدبک، برای یک سیستم کوانتومی ارائه شده است. طراحی کنترل‌کننده بر مبنای استخراج معادله‌ای اتفاقی شرودینگر در حالت حلقه بسته و سپس برآورده کردن شرط پایدارسازی می‌باشد که در این رساله تعریف شده است. به کمک روش مطرح شده کنترل‌کننده‌ای برای تنظیم حالت سیستم دوترازی در هر حالت خالص دلخواه طراحی شده و نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده صحت طراحی را نشان می‌دهد. کلمات کلیدی: کنترل فیدبک سیستم‌های کوانتومی، رفتار سیستم کوانتومی، درجه خلوص حالت سیستم کوانتومی، فوتون چندحالته، برهم‌نهی حالت‌های همدوس، معادله‌ی اتفاقی شرودینگر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی