Optimal Control of Dissipative Quantum Systems
Contrôle Optimal de la Dynamique Dissipative de Systèmes Quantiques
Résumé
We study the control of finite dimensional quantum systems by external laser fields. After examining the concrete example of the diatomic molecular alignment in dissipative media, we are interested in the problem of optimal control, where the objective is to bring the system from an initial state into a given final state while minimizing a cost functional. The Pontryagin maximum principle (PMP) provides necessary conditions for optimality, by establishing that any optimal trajectory is the extremal solution of an extended problem of Hamiltonian structure. In this context, we perform the analysis of two particular systems. The first one is a dissipative 2-level system, for which we determine the set of time optimal trajectories; the second one is a not completely controllable conservative 3-level system, where a projective measure allows one to assist the control process.
On étudie le contrôle de systèmes quantiques en dimension finie soumis à des champs laser externes. Après avoir examiné l'exemple concret de l'alignement d'une molécule diatomique en milieu dissipatif, on s'intéresse au problème spécifique du contrôle optimal, où l'objectif est d'amener le système d'un état initial à un certain état final tout en minimisant une fonctionnelle de coût. Le principe du maximum de Pontryagin (PMP) fournit les conditions nécessaires d'optimalité, en établissant que toute trajectoire optimale est la solution extrémale d'un problème étendu de structure Hamiltonienne. Dans ce contexte, on procède à l'analyse de deux systèmes particuliers. Le premier est un système dissipatif à 2 niveaux, dont on souhaite déterminer l'ensemble des trajectoires en temps minimum; le second est un système conservatif à 3 niveaux non complètement contrôlable, où une mesure projective permet d'assister le processus de contrôle.
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