Verbesserte Quantenkontrolltheorie
Die Quantenkontrolle ist ein wachsendes und interdisziplinäres Forschungsfeld, in dem sich hauptsächlich Physiker und Chemiker betätigen. Die Anwendungen reichen von atomarer oder molekularer Anregung bis hin zur Kontrolle von chemischen Reaktionen mithilfe von Lasern. Das Ziel ist der gewünschte atomare oder molekulare Zustand, während die Kontrolle der angewandte Laserbereich ist. Im Zuge des EU-finanzierten Projekts "Analysis of controllability and control landscapes for quantum systems" (ACOLA) wurden zwei grundlegende Themen der Quantenkontrolle – die Kontrollierbarkeit und die Fallenanalyse – behandelt. Die Kontrollierbarkeit ist die Fähigkeit, jeglichen anfänglichen Systemstatus mithilfe der verfügbaren Kontrollen in jeglichen Endzustand zu steuern. Fallen helfen bei der Bestimmung von Algorithmen für die optischen Kontrollfelder für ein Quantensystem. Es wurde die Kontrollierbarkeit eines offenen Quantensystems mithilfe von angepassten Laserpulsen sowie der Zustand der Umwelt untersucht. Ein Teil der Arbeit konzentrierte sich auch auf die Analyse von Fallen bei den Problemen der Quantenkontrolle. Im Zuge des Projekts ACOLA wurde ein Kontrollschema konstruiert, um eine annähernde Kontrollierbarkeit von Quantensystemen auf finiten Ebenen im allen Dichtematrizes zu erreichen. Die Kontrollierbarkeit des Systems stellte die höchstmögliche Kontrolle über den Quantenzustand dar. Eine weitere wichtige Entdeckung war die Existenz von Fallen zweiter Ordnung für eine allgemeine Klasse der Quantensysteme sowie der Systembedingungen, für welche diese Fallen existieren. Ferner wurden bislang unbekannte, fallenfreie Quantensysteme entdeckt. Die Forscher konnten die Abwesenheit der Fallen nachweisen, als sie den Transmissionskoeffizient eines Quantenteilchens in einem eindimensionalen Potential manipulierten, wobei seine Form als Kontrolle verwendet wurde. Schlussendlich wurden auch in Wertelandschaften für offene biologische Systeme keine Fallen gefunden. Während der Projektlaufzeit wurden zahlreiche fundamentale Erkenntnisse im Gebiet der Quantenkontrolle erlangt, wodurch ein signifikanter Beitrag zur Vorreiterrolle und Konkurrenzfähigkeit Europas geleistet wurde. Die Projektergebnisse wurden in anerkannten Fachzeitschriften veröffentlicht. Ferner werden durch die Teilnahme an internationalen Konferenzen und Seminaren die Inhalte weiter verbreitet.
Schlüsselbegriffe
Quantensystem, Kontrolle, Kontrollierbarkeit, Fallenanalyse, Wertelandschaften
