Controle de sistemas físicos abertos com campos otimizados

• Processo: 24/22593-8
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2028
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
• Pesquisador responsável: Emanuel Fernandes de Lima
• Beneficiário: Emanuel Fernandes de Lima
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Computação quântica Controle quântico Desacoplamento dinâmico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Apredizado de máquina | computação quântica | controle quântico | desacoplamento dinâmico | sistemas abertos | Teoria de controle ótimo | Controle com campos externos

Resumo

O presente projeto pretende investigar o controle com campos externos de sistemas físicos abertos, ou seja, aqueles sistemas que não estão completamente isolados e que, portanto, interagem com o ambiente ao seu redor. O foco da investigação está em sistemas quânticos a qual é motivada pelo desenvolvimento atual das tecnologias quânticas, como computadores e recozedores quânticos. Tarefas centrais nestes dispositivos são a transferência entre estados pré-determinados, a construção de operadores unitários, chamados de portas quânticas, e a troca dinâmica entre Hamiltonianos. No entanto, a interação entre o sistema e o ambiente induz perda de coerência e dissipação e representam obstáculos severos para a realização destas tarefas de forma satisfatória. Um pré-requisito essencial para o controle de um sistema está na habilidade de calcular sua dinâmica. No caso de sistemas quânticos abertos, a dinâmica pode ser classificada como Markoviana, quando a escala de tempo do sistema é grande comparada aos tempos de decaimento do ambiente, ou não-Markoviana. Enquanto o controle de sistemas Markovianos tem sido extensivamente estudado, o mesmo não se pode dizer quanto ao controle de sistemas não-Markovianos. Nesse projeto, pretendemos utilizar, desenvolver e adaptar técnicas de controle quântico para realizar a transferência entre estados, a construção de portas quânticas e a troca dinâmica entre Hamiltonianos em sistemas abertos tanto Markovianos quanto não-Markovianos. Buscaremos realizar as operações em um tempo mínimo, evitando assim os efeitos deletérios do ambiente. Dentre as técnicas a serem empregadas estão aquelas baseadas na Teoria de Controle Ótimo, bem como técnicas baseadas em aprendizagem de máquina. Também aprimoraremos abordagens existentes, por exemplo, combinando desacoplamento dinâmico com campos otimizados visando deixar a técnica mais eficiente e robusta. Portanto, o desenvolvimento deste projeto permitirá avanços no controle de sistemas quânticos abertos com alta eficiência. (AU)