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Feedback stabilization of discrete-time quantum systems subject to non-demolition measurements with imperfections and delays

Authors :
Hadis Amini
Igor Dotsenko
C. Sayrin
Ram Somaraju
Pierre Rouchon
Mazyar Mirrahimi
Centre Automatique et Systèmes (CAS)
MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
SIgnals and SYstems in PHysiology & Engineering (SISYPHE)
Inria Paris-Rocquencourt
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Department of Applied Physics and Photonics [Brussels] (TONA)
Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Laboratoire Kastler Brossel (LKB (Lhomond))
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Kastler Brossel (LKB [Collège de France])
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Collège de France (CdF (institution))
Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Collège de France (CdF (institution))
Source :
Automatica, Automatica, Elsevier, 2013, 49 (9), pp.2683-2692, Automatica, 2013, 49 (9), pp.2683-2692. ⟨10.1016/j.automatica.2013.06.012⟩
Publication Year :
2013
Publisher :
HAL CCSD, 2013.

Abstract

We consider a controlled quantum system whose finite dimensional state is governed by a discrete-time nonlinear Markov process. In open-loop, the measurements are assumed to be quantum non-demolition (QND). The eigenstates of the measured observable are thus the open-loop stationary states: they are used to construct a closed-loop supermartingale playing the role of a strict control Lyapunov function. The parameters of this supermartingale are calculated by inverting a Metzler matrix that characterizes the impact of the control input on the Kraus operators defining the Markov process. The resulting state feedback scheme, taking into account a known constant delay, provides the almost sure convergence of the controlled system to the target state. This convergence is ensured even in the case where the filter equation results from imperfect measurements corrupted by random errors with conditional probabilities given as a left stochastic matrix. Closed-loop simulations corroborated by experimental data illustrate the interest of such nonlinear feedback scheme for the photon box, a cavity quantum electrodynamics system.<br />Comment: submitted (16 pages, 4 figures)

Details

Language :
English
ISSN :
00051098
Database :
OpenAIRE
Journal :
Automatica, Automatica, Elsevier, 2013, 49 (9), pp.2683-2692, Automatica, 2013, 49 (9), pp.2683-2692. ⟨10.1016/j.automatica.2013.06.012⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f57a4964689967c01d76e9d17c4709e1
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.automatica.2013.06.012⟩