СПбГУ

Санкт-Петербургский государственный университет
Математико-механический факультет
Кафедра теоретической кибернетики



Молекулярные и квантовые системы
Quantum Control Theory


М.С. Ананьевский

Научный руководитель
Михаил Сергеевич Ананьевский


Темы курсовых работ:

  1. Реферирование статьи
    Dong D., Petersen IR.
    Quantum control theory and applications: a survey
    IET Control theory and applications, 2010, 4 (12), pp 2651–2671
    DOI: 10.1049/iet-cta.2009.0508

  2. Реферирование статьи
    Constantin Brif, Raj Chakrabarti, and Herschel Rabitz
    Control of quantum phenomena: past, present and future
    New journal of physics, 2010, 12, 075008
    DOI: 10.1088/1367-2630/12/7/075008

  3. Реферирование статьи
    Mirrahimi Mazyar, Van Handel Ramon
    Stabilizing Feedback Controls for Quantum Systems
    SIAM Journal on Control & Optimization, 2007, 46 (2), pp 445–467
    DOI: 10.1137/050644793

  4. Реферирование статьи
    van Handel R., Stockton J.K., Mabuchi H.
    Feedback control of quantum state reduction
    IEEE Transactions on automatic control, 2005, 50 (6), pp 768–780
    DOI: 10.1109/TAC.2005.849193

  5. Реферирование статьи
    Riste D., Dukalski M., Watson C.A.,de Lange G.,Tiggelman M.J., Blanter Ya. M., Lehnert K.W., Schouten R.N., DiCarlo L.
    Deterministic entanglement of superconducting qubits by parity measurement and feedback
    Nature, 2013, 502 (7471), pp 350–354
    DOI: 10.1038/nature12513

  6. Реферирование статьи
    Claudio Altafini, Francesco Ticozzi
    Modeling and Control of Quantum Systems: An Introduction
    IEEE Transactions on automatic control, 2012, 57 (8), pp 1898–1917, Special Issue DOI: 10.1109/TAC.2012.2195830


Темы научно-исследовательских работ:

  1. Алгоритмы управления молекулярными системами
    Построение, моделирование и анализ алгоритмов управления квантовомеханическими молекулярными системами. Для построения алгоритмов управления предлагается использовать стандартные методы: метод функций Ляпунова, методы абстрактной теории оптимального управления, градиентные методы, методы машинного обучения и др.

  2. Квантовые алгоритмы управления классическими системами
    Построение, моделирование и анализ квантовых алгоритмов для задач управления классическими объектами (линейными, нелинейными, маятниками, роботами и др.). Разработка дискретной системы управления, в которой управляющее воздействие рассчитывается на квантовом компьютере.

  3. Идентификация и оценивание через квантовые каналы связи
    Построение, моделирование и анализ систем идентификации объектов управления через квантовые каналы связи. Исследование возможностей использования принципа квантовой телепортации для удаленной идентификации и оценивания состояния классических объектов.

  4. Квантовый компьютер и блокчейн
    Какого размера кубита в квантовом компьютере будет достаточно для уязвимости биткоина и других криптовалют, основанных на технологии блокчейн?



СПбГУ подписан на ряд журналов, поэтому через сайт библиотеки университета возможно бесплатно получить многие материалы.
Оракул

Проблемы и перспективы

Фемтосекундные лазеры способные генерировать мощные сверхкороткие импульсы появились в конце 1980-х годов. С их появлением управление динамикой отдельных атомов в молекулярных соединяниях стало практически осуществимым. Сформировалась новая научная область – фемтохимия. В 1999 году за работы в этой области Ahmed Hassan Zewail получил нобелевскую премию.

  1. Ahmed H. Zewail
    Femtochemistry: Atomic-Scale dynamics of the chemical bond
    J. Phys. Chemistry. A, 2000, 104 (24), pp 5660–5694
    DOI: 10.1021/jp001460h


Управление динамикой внутримолекулярных связей создает возможности для управляемого изменения естественного хода химических реакций. Теоретически это может позволить синтезировать новые вещества с качественно новыми свойстами. Практические исследования продемонстировали возможность существенно увеличить выход полезных соединений в химических реакторах с помощью лазерного когерентного управления.

  1. Herschel Rabitz
    Control of Microworld Chemical and Physical Processes
    Encyclopedia of Computational Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, 1998, 1, pp 573–580
    DOI: 10.1002/0470845015.cca051

  2. Moshe Shapiro and Paul Brumer
    Quantum control of chemical reactions
    J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1997, 93, pp 1263–1277
    DOI: 10.1039/A605920A


Водородная энергетика нуждается в дешевом способе получения водорода. Избирательное воздействие лазерным импульсом на внутримолекулярные связи водородосодержащих соединений с целью их разрушения теоретически может сильно снизить энергетические издержки процесса получения водорода.

  1. Akira Fujishimaa, Xintong Zhangb, Donald A. Trykc
    TiO2 photocatalysis and related surface phenomena
    Surface science reports, 2008, 63 (12), pp 515–582
    DOI: 10.1016/j.surfrep.2008.10.001


Квантовые компьютеры существенно расширят возможности для моделирования сложных физических систем. Используя эффекты квантовой запутанности и квантового параллелизма возможно радикально ускорить вычисления для некоторых задач. Шифрование на базе RSA станет уязвимым: целое число N факторизуется алгоритмом Шора на процессоре из O(lg N) кубитов за время O(lg3 N). В 2013 году Google, NASA и USRA создали лабораторию QuAIL для изучения возможностей применения квантового компьютера в машинном обучении. В 2017 году компания D-Wave начала продажи квантового компьютера 2000Q с процессором на 2048 кубит.

  1. Richard P. Feynman
    Simulating physics with computers
    International Journal of Theoretical Physics, 1982, 21 (6), pp 467–488
    DOI: 10.1007/BF02650179

  2. Китаев А., Шень А., Вялый М.
    Классические и квантовые вычисления
    М.: МЦНМО, 1999. 192 с.


Квантовая телепортация это принципиально новый способ передачи информации на расстояние использующий свойство нелокальности квантовой теории. Передаваемое сообщение невозможно перехватить, поскольку оно передается через квантовый туннель, – нет никакого "посередние", где его можно было бы частично скопировать, есть только отправитель и получатель. Тем не менее, для восстановления сообщения нужна дополнительная информация, ее передают по классическому каналу связи. В 2015 году были проведены успешные эксперименты по телепортированию фотонов на расстояние свыше 100 км.

  1. Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crepeau, Richard Jozsa, Asher Peres, and William K. Wootters
    Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein–Podolsky–Rosen channels
    Phys. Rev. Lett., 1993, 70 (13), pp 1895–1899
    DOI: 10.1103/PHYSREVLETT.70.1895

  2. Hiroki Takesue, Shellee D. Dyer, Martin J. Stevens, Varun Verma, Richard P. Mirin, and Sae Woo Nam
    Quantum teleportation over 100 km of fiber using highly efficient superconducting nanowire single-photon detectors
    Optica, 2015, 2 (10), pp 832–835
    DOI: 10.1364/OPTICA.2.000832



Актуальность научной области





На графиках отображено количество научных публикаций по годам согласно данным Web of Science.
Поиск публикаций осуществлялся по вхождению ключевых слов в "TOPIC" (название статьи, аннотация, авторские ключевые слова статьи, дополнительные ключевые слова статьи).



Диссертации
докторов
кандидатов

Дипломные работы
магистров
специалистов
бакалавров

Курсовые работы
студентов

Кафедра теоретической кибернетики СПбГУ
Университетский пр-кт, дом 28, к.3343–3356
Санкт-Петербург, 198504, Россия
Телефон: +7 (812) 428-41-48
Факс: +7 (812) 428-69-98


© Коллектив кафедры теоретической кибернетики СПбГУ, 2012–2017