Een van de hoekstenen van de implementatie van kwantumtechnologie is het creëren en manipuleren van de vorm van externe velden die de prestaties van kwantumapparaten kunnen optimaliseren. Deze reeks methoden, die bekend staat als kwantumoptimale controle, omvat een veld dat de afgelopen jaren snel is geëvolueerd en uitgebreid.

Een nieuw overzichtsartikel gepubliceerd in EPJ Quantum Technology en geschreven door Christiane P. Koch, Dahlem Center for Complex Quantum Systems en Fachbereich Physik, beoordeelt Freie Universität Berlin samen met collega's uit heel Europa recente vooruitgang in het begrip van de beheersbaarheid van kwantumsystemen en de toepassing van kwantumcontrole op kwantumtechnologieën . Als zodanig schetst het een potentiële routekaart voor toekomstige technologie.

Hoewel kwantumoptimale controle voortbouwt op conventionele regeltheorie die het raakvlak van toegepaste wiskunde, techniek en natuurkunde omvat, moet het ook rekening houden met de eigenaardigheden en contra-intuïtieve aard van de kwantumfysica.

Dit omvat superpositie, het concept dat een kwantumsysteem in meerdere toestanden tegelijk kan bestaan, een van de sleutels tot de geavanceerde rekenkracht van machines die afhankelijk zijn van kwantumbits (of qubits).

Uiteindelijk is het belangrijkste doel van kwantumoptimale controle om opkomende kwantumtechnologieën optimaal te laten presteren en fysieke limieten te laten bereiken.

"Elke apparaatarchitectuur heeft specifieke limieten, maar deze limieten worden vaak niet bereikt door meer traditionele manieren om het apparaat te bedienen", zegt Koch. "Het gebruik van pulsvorming kan de apparaten tot het uiterste drijven in termen van nauwkeurigheid of bedieningssnelheid die fundamenteel mogelijk is."

De auteurs van deze review houden rekening met factoren in het vakgebied, waaronder de mate waarin een kwantumsysteem kan worden opgezet, gecontroleerd en geobserveerd zonder dat deze superpositie instort, iets wat de stabiliteit van kwantumcomputers ernstig belemmert.

De beoordeling suggereert ook dat, net zoals conventionele ingenieurs een theoretisch raamwerk voor controle hebben om op te vertrouwen, de opleiding van toekomstige "kwantumingenieurs" een soortgelijk raamwerk nodig kan hebben dat nog moet worden ontwikkeld.

Een kwantumsysteem dat theorie en experiment verenigt, is een van de huidige onderzoeksdoelen van het veld, waarbij de auteurs erop wijzen dat dit ook de basis zal vormen voor de ontwikkeling van optimale controlestrategieën.

Het team beoordeelt niet alleen de recente voortgang in de richting van dit doel, maar legt ook enkele wegversperringen uit die voor het veld in het verschiet liggen. Wegversperringen die moeten worden overwonnen als een kwantumtechnologische toekomst zich wil manifesteren. + Verder verkennen

Snelheidslimieten voor kwantumverschijnselen zijn uitgebreid tot objecten van macroformaat