Caracterización y control de efectos de decoherencia de sistemas cuánticos fuera de equilibrio

F. DOMINGUEZ; MARTIN KUFFER; M. C. RODRIGUEZ; ANALIA ZWICK; GONZALO A. ALVAREZ

Bariloche

Congreso; 107 National meeting of the Argentinian Physics Association; 2022

RAFA

El procesamiento con able de la información cuántica es un hito clave para el desarrollode tecnologías cuánticas. Para ello es necesario caracterizar sistemas cuánticosque se encuentran fuera de equilibrio [1-3]. Ésta caracterización es además necesariapara diseñar el control óptimo de dispositivos cuánticos para mitigar la pérdida de suinformación cuántica. Ésta es una tarea muy desa ante ya que la naturaleza no estacionariade estos sistemas genera correlaciones de alto grado y muy complejas. En estacharla mostraré una serie de métodos desarrollados para caracterizar la decoherenciade sistemas cuánticos fuera de equilibrio [3-6]. Por un lado utilizando simulacionescuánticas implementadas con Resonancia Magnética Nuclear determinamos  out-oftimeorder correlations"(OTOCs) [1,2] que cuanti can cómo se propagan excitacioneslocales en un sistema de muchos cuerpos, y cómo ésta dinámica si es controladaidealmente se aparta de una dinámica controlada con imperfecciones [3-5]. Se observaque la tasa de decoherencia de la  delidad de esta dinámica se incrementa con elnúmero efectivo e instantáneo K de qubits activos en la dinámica, siguiendo una leyde potencia Kα. Se observan cambios en ésta ley de escala de la decoherencia quede nen la fragilidad del control cuántico, mani esta en el exponente α. Estos resultadosindican que el control con able de sistemas cuánticos grandes podría ser factibleen condiciones realistas, si las perturbaciones pueden mantenerse por debajo de esteumbral crítico. Por otro lado mostraré cómo la dinámica fuera de equilibrio puede sermonitoreada por un sensor cuántico [6]. Mostraré cómo las propiedades espectrales yde no Markovianeidad de estas dinámicas se mani estan en el sensor. Éstos resultadosproveen una tecnología cuántica para sondear las propiedades espectrales y mitigarlos efectos de decoherencia de entornos fuera de equilibrio, no-estacionarios.[1] R.J. Lewis-Swan, A. Safavi-Naini, A.M. Kaufman, A.M. Rey. Dynamics of quantuminformation. Nat. Rev. Phys. 1, 627 (2019).[2] B. Swingle. Unscrambling the physics of out-of-time-order correlators. Nat. Phys.14, 988 (2018).[3] G. A. Alvarez, D. Suter, R. Kaiser. Localization-delocalization transition in thedynamics of dipolar-coupled nuclear spins. Science 349, 846 (2015).[4] F.D. Dominguez, M.C. Rodriguez, R. Kaiser, D. Suter, G.A. Alvarez. Decoherencescaling transition in the dynamics of quantum information scrambling. Phys. Rev. A104, 012402 (2021).[5] F.D. Dominguez, G.A. Alvarez, Dynamics of quantum information scramblingunder decoherence e ects measured via active spin clusters. Phys. Rev. A 104, 062406(2021).[6] M. Ku er, A. Zwick, G.A. Alvarez. Path integral framework for characterizing andcontrolling decoherence induced by non-stationary environments on a quantum probe.PRX Quantum 3, 020321 (2022).Contacto: Gonzalo Álvarez, gonzalo.alvarez@cab.cnea.gov.ar Codigo Identi cador:9255