量子力学理论是上世纪最重要的科学发现之一，它极大的改变了人们对自然界的认识。量子力学的发展始终伴有新奇物理现象的发现，对这些现象的不断研究不仅导致大量新概念的建立和基础理论的变革，而且引发了新的科学技术革命，使得量子调控已经成为可能，甚至成为基础理论和技术进一步发展的必需。理论与实验研究表明，新兴量子技术可以完成许多经典技术几乎无法完成的任务，不仅对国防建设和国防安全至关重要，而且可以极大的改善人们的生活方式。新兴量子技术的发展尤其是其规模性实现需要系统的控制理论为其提供必要的支撑。

相较于经典系统，量子系统具有许多独有的新奇的特性。比如测量量子系统会导致量子系统状态的随机坍缩；著名的海森堡不确定性原理更是从本质上限制了对量子系统测量能够得到的信息。我们课题组紧紧围绕量子系统独有的特性以及控制理论的核心概念开展了系列研究。

首先研究了量子反馈控制与开环控制的特点与极限能力。正如如上所述，对量子系统行测量在获得量子信息的同时，不可避免地造成量子态的随机坍缩，导致我们必须在控制过程中对付该量子系统所固有的测量坍缩效应，增加了量子调控的困难。我们针对一类比较普适的控制模型，基于量子态的鲁棒制备这一基本问题：

1)首次给出了测量通道选取的充要条件；

2)证明了在对付初态不确定性方面量子反馈控制的控制效果仍然优于开环控制；

3)进一步给出了在测量通道与系统自由哈密顿量不对易情形下，采用量子反馈控制来制备系统自由哈密顿量的特征态时的极限能力。

相关结果已经被IEEE Transactions on Automatic Control接收。

进而我们又探索了如何基于实际量子系统而非基于其模型设计控制策略。由于任何模型只是实际系统的一个近似，因此基于模型设计的控制策略即使可以证明其施加在模型上时有很好的控制效果，但是当其真正施加到实际量子系统上时控制效果却可能非常不理想。我们将实际系统与其模型的差别视作在模型的基础上附加的不确定性。针对一类比较普适的系统，基于量子态的鲁棒镇定这一重要的控制任务，结合量子系统区别于经典控制系统的独有特点，提出了一个两步分离原理来针对实际量子系统设计控制策略。具体地，第一步首先根据已有精确信息建立实际量子系统的模型，然后根据模型设计反馈控制策略；第二步将实际系统与模型之间的区别视为可以导致退相干的噪声，利用耦合量子系统的张量积结构，运用动态解耦技术实现第一步中所设计的反馈控制策略。我们证明了在适当的条件下，该分离原理的有效性。相关结果已经被Automatica接收。