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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2021.tde-08112021-112808
Document
Author
Full name
Ulisses Alves Maciel Neto
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Silva, Paulo Sergio Pereira da (President)
Barbosa, Pricila da Silva
Piqueira, José Roberto Castilho
Resende, Maria Fernanda Araujo de
Roberty, Nilson Costa
Title in English
Control of an ensemble of half-spin systems replacing Rabi pulses by adiabatic following.
Keywords in English
Bloch equations
Control of partial differential equations
Lyapunov stabilization
Nonlinear systems
Quantum systems
Abstract in English
One considers the control problem of an ensemble of Bloch equations (non-interacting half-spins) in a static magnetic field B0. The state M(t, ·) belongs to the Sobolev space H1((?*, ?*), S2) where the parameter ? ? (?*, ?*) is the Larmor frequency. Previous works have constructed a Lyapunov based stabilizing feedback in a convenient H1- norm that assures local L?-convergence of the initial state M0(?) to -e3, solving locally the approximate steering problem from M0 close enough to -e3 to a final condition -e3. However, its control law contains a comb of periodic ?-Rabi pulses (Dirac impulses), which represents an unbounded control. The present work shows the existence of a bounded control law for this local steering problem, where the Rabi pulses are replaced by adiabatic pulses (adiabatic following technique). Furthermore, simulations have shown that this new strategy produces faster convergence, even for initial conditions "relatively far" from the target state
Title in Portuguese
Controle de um ensemble de sistemas de spin-1/2 substituindo os pulsos de Rabi pelo rastreamento adiabático.
Keywords in Portuguese
Controle de equações diferenciais parciais
Equações de Bloch
Espaços de Sobolev
Estabilização de Lyapunov
Sistema quântico
Sistemas não lineares
Abstract in Portuguese
Considera-se o problema de controle de um conjunto de equações de Bloch (de spin 1/2 sem interação) em um campo magnético estático B0. O estado M(t, ·) pertence ao espaço de Sobolev H1((?*, ?*), S2), onde o parâmetro ? ? (?*, ?*) é a frequência de Larmor. Trabalhos anteriores propuseram uma lei de controle baseada em uma função de Lyapunov conveniente (na norma H1) que garante a convergência local L ? do estado inicial M0( omega) para -e3, resolvendo localmente o problema de conduzir o perfil inicial M0 perto o suficiente de -e3 para uma condiçâo final -e3. No entanto, as leis de controle contém um combo de pulsos de Rabi ?-periódicos (impulsos de Dirac), o que representa um controle não limitado. O presente trabalho mostra a existência de uma lei de controle limitada para este problema de convergência aproximada local, onde os pulsos de Rabi são substituídos por pulsos adiabáticos (técnica do rastreamento adiabático). Além disso, simulações têm mostrado que esta nova estratégia produz convergência mais rápida, mesmo para condições iniciais "relativamente distantes" do estado alvo.
 
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Publishing Date
2022-03-16
 
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