Ewch i’r prif gynnwys

Mae ffiseg cwantwm yn llywodraethu ymddygiad mater ac egni ar y lefelau atomig ac isatomig.

Mae rheolaeth cwantwm yn caniatáu i ni lywio a pheiriannu'r systemau hyn i gyflawni nodau penodol, fel cynnal cyfrifiad neu efelychiad cymhleth, canfod amrywiadau bach mewn moleciwlau biolegol neu ddeall sut mae proteinau'n gweithio ar y lefel foleciwlaidd.

Rydyn ni’n datblygu algorithmau a damcaniaethau i ddod o hyd i reolaethau cwantwm cadarn a manwl gywir, deall eu galluoedd a'u cyfyngiadau, a gwella ein gwybodaeth o'r prosesau sylfaenol. Rydyn ni’n mynd ar drywydd cymwysiadau rheolaethau cwantwm cadarn i beiriannu dyfeisiau cyfrifiadurol a synwyryddion, deall prosesau biolegol a chemegol, a gwella diagnosis a thriniaethau meddygol.

Er mwyn hyrwyddo rheolaeth cwantwm a'i chymwysiadau, rydyn ni wedi cyfrannu theori a dulliau effeithlon ar gyfer:

  • nodweddu perfformiad a chadernid rheolaethau cwantwm gan ddefnyddio mesurau ystadegol, dadansoddiadau sensitifrwydd gwahaniaethol a chofnod, a dadansoddiadau gwerth unigol strwythuredig
  • dylunio dilyniannau pwls sbectrosgopi cyseinedd magnetig cemegol-benodol trwy reolaeth cwantwm a meintioli metabolion trwy ddysgu dwfn
  • dod o hyd i reolaethau cwantwm cadarn gan ddefnyddio dysgu atgyfnerthu a chyfreithiau rheoli adborth
  • ymchwilio i briodweddau geometrig rhwydweithiau sbin cwantwm, gan gynnwys trosglwyddo gwybodaeth optimaidd a'i gysylltiad â brasamcan Dioffantaidd cydamserol
  • perfformio tomograffeg prosesau cwantwm gyda dadansoddiad sbectrol a Bayesaidd.

Mae'r grŵp yn rhan o'r rhwydwaith ymchwil Qyber gyda'n newyddion, diweddariadau a chanlyniadau diweddaraf.

  • Llunio theori o reolaeth cwantwm gadarn i nodweddu galluoedd a chyfyngiadau rheolyddion cwantwm.
  • Datblygu dulliau dysgu peirianyddol ac optimeiddio i ddod o hyd i reolaethau cadarn, manwl gywir.
  • Dyfeisio efelychwyr realistig, cywir ac effeithlon o brosesau cwantwm ar gyfer cymwysiadau penodol.
  • Defnyddio technegau deallusrwydd artiffisial, dysgu peirianyddol a rheoli esboniadwy i wella ein dealltwriaeth o brosesau ffisegol, cemegol a biolegol.
  • Ymchwilio i gymwysiadau meddygol i wella canlyniadau diagnosis a thriniaeth, fel canfod clefydau’n gynharach a meddyginiaeth bersonoledig.
  • Defnyddio rheolaethau cadarn, manwl gywir i adeiladu dyfeisiau cwantwm dibynadwy ac effeithlon.

Ymchwil

Rydyn ni wrthi'n cynnal ymchwil ar y pynciau canlynol:

  • cadernid tirwedd ynni (statig) a rheolaeth cwantwm ddeinamig
  • atgyfnerthu dysgu i ddod o hyd i reolaethau cwantwm cadarn, manwl gywir (isel o ran gwallau)
  • modelau esboniadwy ac ysgafn o brosesau ffisegol, cemegol a biolegol o fesuriadau
  • dynameg rhwydweithiau cwantwm o ronynnau sbin-1/2 rhyngweithiol
  • atomau caeth tra-oer ar gyfer synhwyro ac efelychu
  • sbectrosgopi cyseinedd magnetig ar gyfer meintioli metabolion a biofarcwyr
  • diagnosis canser cadarn, cyfnod cynnar a deallusrwydd artiffisial esboniadwy.

Prosiectau

Cefnogwyd ein gwaith gan UKRI/EPSRC, yr Undeb Ewropeaidd, NSF, Rhwydweithiau Ymchwil Cenedlaethol Sêr Cymru, a grantiau myfyrwyr PhD unigol amrywiol. Mae ein prosiectau cyfredol yn cynnwys:

  • SpinNET: Rheolaeth optimaidd o ddeinameg rhwydwaith sbin a nodweddu dynameg y rhwydwaith, gan gynnwys rheolaeth cwantwm gadarn, cynlluniau rheoli tirwedd ynni, a dulliau dysgu atgyfnerthu.
  • Ymyriadureg atomau caeth tra-oer gadarn ar gyfer synhwyro inertiol chwe-echel: Arddangos synhwyro inertiol gydag ymyriadureg dellt ysgytiedig gan ddefnyddio atomau tra-oer wedi'u dal mewn dellt optegol.
  • MRSNet: Dysgu peirianyddol a rheolaeth cwantwm ar gyfer meintioli metabolion mewn sbectrosgopi cyseinedd magnetig.
  • BCa a PCaNet: Roedd diagnosis canser y prostad a'r ymennydd mewn delweddu cyseinedd magnetig a sbectrosgopi aml-barametrig yn canolbwyntio ar ganserau cyfnod cynnar, gan gynnwys ymchwilio i gadernid diagnosis dysgu peirianyddol, dulliau dysgu peirianyddol cyfrifiadurol-ysgafn, a deallusrwydd artiffisial esboniadwy.
  • Sbintroneg Cwantwm: Efelychiad o gyplu spin-orbit gydag efelychydd dyfais lled-ddargludydd Monte Carlo a rheolaeth gydlynol o bolareiddiad sbin electron.

Cyflwynir seminarau gan aelodau ac ymwelwyr yn y seminarau ymchwil cyfrifiadura gweledol a Gweithdai Qyber.

Cwrdd â’r tîm

Prif ymchwilydd

Staff academaidd

No picture for Zien Ma

Mr Zien Ma

Arddangoswr Graddedig

Email
MaZ17@caerdydd.ac.uk
Picture of Yipeng Qin

Dr Yipeng Qin

Uwch Ddarlithydd; Dirprwy Gyfarwyddwr Ymchwil

Telephone
+44 29208 75537
Email
QinY16@caerdydd.ac.uk
Picture of Kirill Sidorov

Dr Kirill Sidorov

Uwch Ddarlithydd mewn Cyfrifiadureg, Dirprwy Gyfarwyddwr Ymchwil Ôl-raddedig

Telephone
+44 29208 76925
Email
SidorovK@caerdydd.ac.uk

Myfyrwyr ôl-raddedig

Partneriaid cysylltiedig

  • Mark Davies, Bwrdd Iechyd Prifysgol Bae Abertawe
  • Edmond Jonckheere, Adran Peirianneg Drydanol a Chyfrifiadurol Ming Hsieh, Prifysgol De Califfornia
  • Sophie Shermer, Ffiseg, Prifysgol Abertawe
  • Carrie Weidner, Ysgol Ffiseg a'r Ysgol Peirianneg Drydanol, Electronig a Mecanyddol, Prifysgol Bryste

Cyhoeddiadau cysylltiedig

CA Weidner, EA Reed, J Monroe, S O'Neil, E Maas, EA Jonckheere, FC Langbein, SG Schirmer. Robust Quantum Control in Closed and Open Systems: Theory and Practice. Automatica, yn y wasg, 2024.

SP O'Neil, CA Weidner, EA Jonckheere, FC Langbein, SG Schirmer. Robustness of Dynamic Quantum Control: Differential Sensitivity Bounds. AVS Quantum Sci 6:032001, 2024.

A Muftah, SM Shermer, FC Langbein. Texture Feature Analysis for Classification of Early-Stage Prostate Cancer in mpMRI. Proc AI yn Healthcare (AIiH), LNCS 14976:118-131, Abertawe, DU, Medi 2024.

E Alwadee, X Sun, Y Qin, FC Langbein. Assessing and Enhancing the Robustness of Brain Tumor Segmentation using a Probabilistic Deep Learning Architecture. Proc 2024 ISMRM a Chyfarfod ac Arddangosfa Flynyddol ISMRT, Singapore, Mai 2024.

S O'Neil, SG Schirmer, FC Langbein, CA Weidner, E Jonckheere. Time Domain Sensitivity of the Tracking Error. IEEE Transactions on Automatic Control, 69(4):2340-2351, 2024.

I Khalid, CA Weidner, EA Jonckheere, SG Shermer, FC Langbein. Sample-efficient Model-based Reinforcement Learning for Quantum Control. Phys Rev Research 5:043002, 2023.

SP O'Neil, I Khalid, AA Rompokmos, CA Weidner, FC Langbein, S Schirmer, EA Jonckmheere. Analyzing and Unifying Robustness Measures for Excitation Transfer Control in Spin Networks. IEEE Control Systems Letters, 7:1783-1788, 2023.

SP O'Neil, FC Langbein, E Jonckheere, SG Shermer. Robustness of Energy Landscape Control to Dephasing. Research Directions: Quantum Technologies 1:e13, 2023.

S O'Neil, FC Langbein, E Jonckheere, SG Shermer. Robustness of Energy Landscape Controllers for Spin Rings under Coherent Excitation Transport. Research Directions: Quantum Technologies 1:e12, 2023.

I Khalid, CA Weidner, EA Jonckheere, SG Shermer, FC Langbein. Statistically Characterising Robustness and Fidelity of Quantum Controls and Quantum Control Algorithms. Phys Rev A, 107:032606, 2023.

AA Rompokos, FC Langbein, EA Jonckheere. Information Transfer in Spintronics Networks under Worst Case Uncertain Parameter Errors. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 5825-5830, 2022.

CA Weidner, SG Schirmer, FC Langbein, EA Jonckheere. Applying Classical Control Techniques to Quantum Systems: Entanglement versus Stability Margin and other Limitations. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 5813-5818, 2022.

SG Schirmer, FC Langbein, CA Weidner, EA Jonckheere. Robust Control Performance for Open Quantum Systems. IEEE Trans Automatic Control, 67(11):6012-6024, 2022.

SG Schirmer, FC Langbein, CA Weidner, EA Jonckheere. Robustness of Quantum Systems Subject to Decoherence: Structured Singular Value Analysis?. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 4158-4163, 2021.

I Khalid, CA Weidner, EA Jonckheere, SG Schirmer, FC Langbein. Reinforcement Learning vs. Gradient-Based Optimisation for Robust Energy Landscape Control of Spin-1/2 Quantum Networks. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 4133-4139, 2021.

I Khalid, C Weidner, SG Schirmer, E Jonckheere, FC Langbein. Finding and Characterising Robust Quantum Controls. Cynhadledd Technolegau Cwantwm Ewrop (EQTC), 2021.

JE Evans, G Burwell, FC Langbein, SG Shermer, K Kalna. Dilute Magnetic Contact for a Spin GaN HEMT. Yn: Cynhadledd Lled-ddargludyddion ac OptoElectroneg Integredig (SIOE), Caerdydd, 16-18 Ebrill, 2019.

C Jenkins, M Chandler, FC Langbein, SM Shermer. Quantification of edited magnetic resonance spectroscopy: a comparative phantom based study of analysis methods. 27ain Cyfarfod ac Arddangosfa Flynyddol ISMRM, Montréal, QC, Canada, 11-16 Mai 2019.

EA Jonckheere, SG Schirmer, FC Langbein. Effect of Quantum Mechanical Global Phase Factor on Error vs Sensitivity Limitation in Quantum Routing. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 1339-1344, 2019.

B Thorpe, SG Schirmer, K Kalna, FC Langbein. Monte Carlo Simulations of Spin Transport in an InGaAs Field Effect Transistor. Yn: 34ain Cynhadledd Ryngwladol Ffiseg Lled-ddargludyddion (ICPS2018), Poster P3_176, 29 Gorffennaf i 3 Awst 2018.

SG Schirmer, EA Jonckheere, S O'Neil, FC Langbein. Robustness of energy landscape control for spin networks under decoherence. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 6608-6613, 2018.

EA Jonckheere, SG Schirmer, FC Langbein. Jonckheere-Terpstra test for nonclassical error versus log-sensitivity relationship of quantum spin network controllers. Int J Robust and Nonlinear Control, 28(6):2383-2403, 2018.

SG Schirmer, EA Jonckheere, FC Langbein. Design of Feedback Control Laws for Information Transfer in Spintronics Networks. IEEE Trans Automatic Control, 63(8):2523-2536, 2018.

B Thorpe, K Kalna, FC Langbein, SG Schirmer. Spin Recovery in the 25nm Gate Length InGaAs Field Effect Transistor. Yn: Proc. Int. Workshop on Computational Nanotechnology, tt. 168-169, Windermere, UK, 6-9th June, 2017.

SM Schirmer, FC Langbein, C Jenkins, M Chandler. Design of novel MRI pulse sequences for GABA quantification using optimal control. 4ydd Symposiwm Rhyngwladol Proc ar MRS o GABA, 2017.

B Thorpe, K Kalna, FC Langbein, SG Schirmer. Monte Carlo Simulations of Spin Transport in Nanoscale InGaAs Field Effect Transistors. J Applied Physics, 122, 223903, 2017.

B Thorpe, SG Schirmer, K Kalna, FC Langbein. Monte Carlo simulation of Spin Transport and Recovery in a 25 nm gate length InGaAs Field Effect Transistor. Yn: Cyfarfod Hydref Cymdeithas Ymchwil Deunyddiau Ewrop 2017, Symposiwm F: Spintronics in semiconductors, 2D materials and topological insulators, F.FP.7, 2017.

S O'Neil, EA Jonckheere, SG Schirmer, FC Langbein. Sensitivity and Robustness of Quantum Spin-1/2 Rings to Parameter Uncertainty. IEEE Conf Decision and Control (CDC), tt. 6137-6142, 2017.

EA Jonckheere, SG Schirmer, FC Langbein. Structured Singular Value Analysis for Spintronics Network Information Transfer Control. Trafodion ar Reolaeth Awtomatig IEEE, 62 (12): 6568-6574, 2017.

FC Langbein, SG Schirmer, EA Jonckheere. Time optimal information transfer in spintronics networks. Cynhadledd IEEE ar Benderfyniadau a Rheolaeth (CDC), tt. 6454-6459, 2015.

EA Jonckheere, FC Langbein, SG Schirmer. Information Transfer Fidelity in Spin Networks and Ring-based Quantum Routers. Quantum Information Processing, 14(12):4761-4785, 2015.

SG Schirmer, FC Langbein. The ubiquitous problem of learning system parameters for dissipative two-level quantum systems: Fourier analysis versus Bayesian estimation. Phys Rev A, 91:022125, 2015.

SG Schirmer, FC Langbein. Characterization and Control of Quantum Spin Chains and Rings. Int Symp Communications, Control and Signal Processing, tt. 615-619, 2014.

EA Jonckheere, FC Langbein, SG Schirmer. Quantum networks: Anti-core of spin chains. Quantum Information Processing, 13(7):1607-1637, 2014.

EA Jonckheere, FC Langbein, SG Schirmer. Curvature of quantum rings. Int Symp Communications Control and Signal Processing, tt. 1-6, 2012.

EA Jonckheere, SG Schirmer, FC Langbein. Geometry and Curvature of Spin Networks. IEEE Int Conf Control Applications, tt. 786-791, 2011.

SG Schirmer, FC Langbein. Quantum System Identification: Hamiltonian Estimation using Spectral and Bayesian Analysis. Int Symp Communications, Control and Signal Processing, tt. 1-5, 2010

Camau nesaf

Ymchwil sy’n gwneud gwahaniaeth

Mae ein hymchwil yn gwneud gwahaniaeth i fywydau pobl wrth i ni gweithio ar draws disgyblaethau er mwyn ymgodymu â phrif heriau sy’n wynebu’r gymdeithas, yr economi ac ein hamgylchedd.

Ymchwil ôl-raddedig

Mae ein graddau ymchwil yn rhoi'r rhyddid i chi i archwilio pwnc arbennig mewn dyfnder ymhlith ymchwilwyr blaenllaw.

Ein heffaith ymchwil

Mae'r astudiaethau achos hyn yn rhoi sylw i rai o'r meysydd lle rydym yn cael effaith ymchwil gadarnhaol.