首先，避免歧义，本文讲的是和控制理论相类比的自动控制系统，不是对粒子或者量子的操纵，虽然前者建立在后者的基础之上。

 

 

量子控制系统研究最初是量子计算机研究的现实需要。仿照经典计算机使用0，1两个状态，最简单的量子系统就是一个量子比特两个态的控制系统。

 

量子控制理论的物理基础是量子力学理论。基于薛定谔方程，海森佰方程，刘维尔方程以及在此基础上发展起来的描述各种环境下的量子力学系统的数学模型，可以展开有关系统可控性，可逆性等各种基本结构性质的研究。

 

量子控制系统有别于经典控制系统的最大特征在于其反馈控制的特殊性，因为反馈所需的量子测量在物理领域尚未解决。

但是量子最优控制在理论上和实验上已经有所突破。

 

  
二 量子控制系统原理
1 量子系统开环控制方法
量子系统开环控制主要利用开环最优设计来寻找合适的控制函数 ，并直接作用在量子系统上，以使量子系统按人们预期的设想达到一定的期望状态。这种方法的优点是结构清晰实现简单，而缺点在于为求出合适的控制函数 必须精确的求解薛定谔方程，这是很难办到的。同时正确的控制场 也很难在实验室精确的产生，因此量子开环控制方法只适用于一些简单的化学系统。对于复杂的系统则无能为力。
2 量子系统的闭环学习控制
    量子系统的闭环学习控制是通过学习和分析量子系统对输入的反映来寻找最优的控制场，以使量子系统按人们预期的设想达到一定的期望状态。用于量子系统的学习控制方法具有群体控制高速控制场转换等一系列优点，但是对于非线性较强的量子系统在学习中会产生一定的误差。
3 量子系统的闭环反馈控制
    量子反馈控制的基本思想是利用经典反馈控制理论来对量子系统状态进行实时及时的调整，即在量子系统的控制过程中控制系统不断的检测量子系统的状态，并将其反馈到控制器中，控制器再根据量子的状态及时的寻找并调整控制函数作用在量子系统中，以使其始终保持在期望的轨道上。量子反馈控制系统可以实时地对量子系统进行监控进而作出反应，在理论上已经同经典反馈控制方法结合起来，这是其优点所在。但是由于对量子态的无干扰测量至今为止还很难做到，因此对于利用反馈法还很难精确的对复杂量子系统进行精确的控制。

三 量子控制系统建立过程
   类似经典控制系统，量子控制系统建立需要经过以下几个过程：
a 建立模型
模型能描述量子系统的动态并且可以研究量子在控制场中的相互作用，要想验证任何量子系统控制方法的正确性必须把此方法同量子的特性相结合建立合适的量子系统模型，所以量子系统模型必须能正确反映量子的各种特性，并通过模型来验证这种方法的正确性以及相应的性能指标。

b可控性研究
利用建立的量子模型来对各种量子系统的可控性及相应的可观性进行研究，从中推导出系统的可控可观条件。

c 控制系统设计
设计一个可以实现期望控制目的的控制场来使量子系统按照人们所期望过程进行变化，这是量子系统控制中最重要的一步。在经典控制理论中有各种成熟的控制方法，例如开环控制反馈控制自适应学习控制等，但是在微观量子领域内由于量子存在的波动性、随机性等特殊的性质，经典的方法和公式并不能直接应用在量子系统中必须同量子的特性结合建立一套具体的方法。由于对量子系统并不完全了解，因此至今为止还没有能拿出一套通用的控制方案，也没能形成一套完整的控制理论。

 

d 应用
将以上理论结果应用于量子计算、量子光学、量子化学、量子工程学，量子计算机等等，已成为各国研究的重点，在算法上已经取得一系列的突破但是硬件始终是制约发展的关键性问题。量子控制论的形成将对其产生决定性的作用，它将可以使人们控制量子系统的具体状态必将使量子计算机在硬件上取得新的突破。

  量子系统控制经过了一个由可控性研究到对简单系统的开环控制，然后深入到对复杂系统的闭环控制。几个过程从中可以看出量子系统控制的发展是同人们的需求紧密联系的，在研究的初期人们并未对其进行系统的研究，主要是在化学和物理领域针对特定的实验目的来对单独的量子进行控制性研究。九十年代中后期，随着量子计算机和量子信息网络的提出，量子系统控制，特别是反馈控制才开始取得长足进展。近年来为了在量子计算机的硬件上取得突破人们又纷纷把重点放在了量子系统的鲁棒(robust)控制等方面，可以预测随着量子信息时代的到来，量子控制会取得更多的发展。

 

参考文献：从爽 http://www.gxaa.org.cn/news_detail.asp?id=27