Control óptimo global de la dinámica cuántica

La optimización de problemas de control cuántico con restricciones potencia las tecnologías cuánticas. Esta tarea se vuelve muy difícil cuando estos problemas de control son no convexos y están plagados de extremos locales densos. Para problemas de este tipo, los métodos de optimización actuales deben repetirse muchas veces para encontrar buenas soluciones, cada vez requiriendo muchas simulaciones del sistema. Aquí, presentamos (QCPOP), un método que elimina este problema al encontrar directamente soluciones óptimas globales. El aumento resultante en la velocidad, que puede ser mil veces o más, hace posible resolver problemas que antes eran intratables. Este notable avance se debe a los métodos de optimización global recientemente desarrollados para funciones polinómicas. Demostramos la potencia de este método al mostrar que obtiene una solución óptima en una sola ejecución para un problema en el que los extremos locales son tan densos que los métodos de gradiente requieren miles de ejecuciones para alcanzar una fidelidad similar. Dado que QCPOP es capaz de encontrar el óptimo global para el control cuántico, esperamos que no solo mejore la utilidad del control cuántico al facilitar mucho la búsqueda de los protocolos necesarios, sino que también proporcione una herramienta clave para comprender los límites precisos de las tecnologías cuánticas. Finalmente, notamos que la capacidad de interpretar el control cuántico como optimización polinómica resuelve una cuestión abierta relacionada con la computabilidad de soluciones exactas a problemas de control cuántico.