كنترل حالت سيستم كوانتومي با استفاده از كنترل كننده‌ي فازي

Controlling state of quantum system using fuzzy controller

در اين مقاله يك روش كنترلي مبتني بر سيستم‌هاي فازي براي هدايت و نگه‌داري حالت يك سيستم كوانتومي نمونه در ناحيه‌ي از پيش تعريف شده ارائه شده است. سيستم كوانتومي در نظر گرفته شده يك سيستم كوانتومي مرتبه سه بوده و مدل تحليل سيستم نيز مدل دوخطي مي‌باشد. همچنين اندازه‌گيري‌ها از سيستم در ناحيه‌ي تعريف شده، در هر زمان دلخواه، با در نظر گرفتن اثر اين اندازه‌گيري‌ها در حالت داخلي سيستم صورت مي‌گيرد. اثر ورودي‌هاي ناخواسته و نامعيني‌هاي ساختاري سيستم نيز به صورت نامعيني‌هاي كراندار در هميلتونين سيستم در نظر گرفته مي‌شود. در اين مقاله فرض شده است حالت اوليه سيستم مشخص و حالت داخلي سيستم در هر لحظه از زمان، به عنوان سيگنال فيدبك در دسترس است. روند كنترلي به اين صورت است كه ابتدا يك ناحيه‌ي قابل قبول اطراف حالت نهايي مطلوب تعريف شده و سپس از يك سيستم استنتاج عصبي فازي تطبيقي بهبود يافته با الگوريتم رقابت استعماري براي هدايت حالت سيستم به سمت حالت نهايي مطلوب در اين ناحيه استفاده مي شود. همچنين از يك ناظر فازي براي نگه داشتن حالت سيستم كوانتومي در ناحيه‌ تعريف شده با تنظيم يك ضريب كنترلي استفاده شده است. نتايج شبيه سازي حاصل از اعمال روش پيشنهادي روي سيستم كوانتومي مرتبه سه نمونه و با وجود نامعيني‌هاي كراندار در سيستم نشان از كاربردي و مؤثر بودن روش در كنترل سيستمهاي كوانتومي دارد.

In this paper, a control method based on fuzzy systems is presented to drive and keep state of a sample quantum system into a pre-defined region. The considered quantum system is a third-order quantum system and the model of the system is bilinear model. In addition, measurements of the system in the defined region are obtained at each time by considering the effects of such measurements in the internal state of the system. The effect of unwanted inputs and structural uncertainties are also considered as bounded uncertainties in the system’s Hamiltonian. In this paper, it is assumed that the initial state of the system is determined and internal state system is available as the feedback signal at each instant of time. In the proposed control approach, an acceptable region is firstly defined around the desired final state. Then, an adaptive neuro-fuzzy inference system improved using imperialist competitive algorithm is used for driving the system’s state toward the desired final state within this region. In addition, a fuzzy supervisor is utilized to adjust a control parameter for preserving the state of the quantum system inside the defined region. Simulation results, obtained by applying the proposed method to a sample third-order quantum system in presence of bounded uncertainties show the applicability and effectiveness of the method for controlling the quantum systems.