¿Qué tan controlable es la dinámica de la información cuántica?

GONZALO A. ALVAREZ; FEDERICO D. DOMINGUEZ, M. CRISTINA RODRIGUEZ, MARTIN KUFFER, ANALIA ZWICK

Congreso; 106a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2021

El procesamiento confiable de la informaci ́on cu ́antica para desarrollar tecnolog ́ıas cu ́anticas requiere el control preciso de sistemas de muchos cuerpos fuera de equilibrio [1,2]. Esta es una tarea muy desafiante ya que la fragilidad de los estados cu ́anticos a las perturbaciones externas aumenta con el taman ̃o del sistema. En este trabajo mostramos una serie de simulaciones cu ́anticas implementadas con Resonancia Magn ́etica Nuclear que permiten cuantificar cu ́anto se aparta una din ́amica cu ́antica ante perturbaciones en el Hamiloniano de control [3-5]. Determinamos ?out-of-time order correlations? (OTOCs) [1,6] que cuantifican cuanto se aparta la din ́amica cu ́antica controlada idealmente de una din ́amica realista que contiene imperfecciones [4,5]. Se observa que la tasa de decaimiento de la fidelidad de esta din ́amica se incrementa con el nu ́mero efectivo e instant ́aneo K de qubits activos, siguiendo una ley de potencia Kα. Se observan cambios en la ley de escala de la decoherencia que definen la fragilidad del control cu ́antico, manifiesta en el exponente α. Desarrollamos un modelo para caracterizar ́estas OTOCs y la fragilidad de la din ́amica cu ́antica, consistente con las observaciones experimentales. Estos resultados indican que el control confiable de sistemas cu ́anticos grandes podr ́ıa ser factible en condiciones realistas, si las perturbaciones pueden mantenerse por debajo de este umbral cr ́ıtico.[1] R.J. Lewis-Swan, A. Safavi-Naini, A.M. Kaufman, and A.M. Rey. Dynamics of quantum informa- tion. Nat. Rev. Phys. 1, 627 (2019).[2] M. Kuffer, A. Zwick, and G.A. A ́lvarez. Path integral framework for characterizing and controlling decoherence induced by non-stationary environments on a quantum probe. En referato (2021).[3] G.A. A ́lvarez, D. Suter, and R. Kaiser. Localization-delocalization transition in the dynamics of dipolar-coupled nuclear spins. Science 349, 846 (2015).[4] F.D. Dominguez, M.C. Rodriguez, R. Kaiser, D. Suter, and G.A. Alvarez. Decoherence scaling transition in the dynamics of quantum information scrambling. Phys. Rev. A 104, 012402 (2021). [5] F.D. Dom ́ınguez, and G.A. A ́lvarez, Dynamics of quantum information scrambling under deco- herence effects. arXiv:2107.03870 (2021).[6] B. Swingle. Unscrambling the physics of out-of-time-order correlators. Nat. Phys. 14, 988 (2018).