Límites en el tamaño de sistemas cuánticos para el control confiable

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

Bariloche

Congreso; Reunión Anual INN CAB-CAC; 2020

INN

Para desarrollar tecnologías cuánticas es necesario garantizar que el procesamiento de información cuántica sea confiable. Alcanzar este objetivo es muy desafiante ya que los sistemas cuánticos se hacen cada vez más frágiles a perturbaciones externas a medida que aumentan su tamaño. Recientemente se ha mostrado que las ?out-of-time order correlations? (OTOC) pueden ser una herramienta útil para cuantificar la sensibilidad ante perturbaciones al manipular información cuántica [1,2]. Estas OTOC se miden con experimentos de reversión temporal, donde la reversión se considera perfecta [2]. En la práctica, sin embargo, el proceso de reversión temporal siempre contiene imperfecciones. En este trabajo evaluamos cómo se modifican las OTOCs en presencia de imperfecciones controladas. Para ello realizamos simulaciones cuánticas con Resonancia Magnética Nuclear de estado sólido y diseñamos un hamiltoniano con perturbación variable [3,4]. Demostramos que si los efectos de la perturbación no son revertidos en el tiempo, se generan efectos de localización en la dinámica de las OTOCs. Mostramos que estas OTOCs cuantifican el número de qubits correlacionados con el Hamiltoniano de control, es decir, sin perturbar. Sin embargo, si esta perturbación puede controlarse y revertir sus efectos, la localización desaparece. Estos resultados brindan una herramienta que permite determinar el tamaño del sistema cuántico que puede controlarse de forma confiable en condiciones realistas donde el control es imperfecto, y así permitir el desarrollo de dispositivos cuánticos.[1] Swingle, B. (2018). Unscrambling the physics of out-of-time-order correlators. Nat. Phys. 14, 988.[2] Lewis-Swan, R. J., Safavi-Naini, A., Kaufman, A. M., & Rey, A. M. (2019). Dynamics of quantum information. Nat. Rev. Phys. 1, 627.[3] Álvarez, G. A., Suter, D., & Kaiser, R. (2015). Localization-delocalization transition in the dynamics of dipolar-coupled nuclear spins. Science 349, 846.[4] Dominguez, F. D., Rodriguez, M. C., Kaiser, R., Suter, D., & Alvarez, G. A. (2020). Decoherence scaling transition in the dynamics of quantum information scrambling. arXiv preprint arXiv:2005.12361.