Sondeo cuántico de sistemas cuánticos fuera de equilibrio a través de la decoherencia

GONZALO A. ALVAREZ

Seminario; V Taller Argentino de Resonancia Magnética; 2023

"Sondeo cuántico de sistemas cuánticos fuera de equilibrio a través de la decoherencia". Contributed Talk at V Taller Argentino de Resonancia Magnética, La Falda, Cordoba, Argentina, May 3, 2023El procesamiento confiable de la información cuántica es un hito clave para el desarrollo de tecnologías cuánticas. Para ello es necesario caracterizar sistemas cuánticos que se encuentran fuera de equilibrio [1]. Ésta caracterización es además necesaria para diseñar el control óptimo de dispositivos cuánticos para mitigar la perdida de su información cuántica. Ésta es una tarea muy desafiante ya que la naturaleza no estacionaria de estos sistemas genera correlaciones de alto grado y muy complejas. En esta charla mostraré una serie de métodos desarrollados para caracterizar la decoherencia de sistemas cuánticos fuera de equilibrio [1-4]. Por un lado utilizando simulaciones cuánticas implementadas con Resonancia Magnética Nuclear determinamos “out-of- time order correlations”(OTOCs) [2,3] que cuantifican cómo se propagan excitaciones locales en un sistema de muchos cuerpos, y cómo esta dinámica si es controlada idealmente se aparta de una dinámica controlada con imperfecciones [1-3]. Se observa que la tasa de decoherencia de la fidelidad de esta dinámica se incrementa con el número efectivo e instantáneo K de qubits activos en la dinámica, siguiendo una ley de potencia K^α. Se observan cambios en ésta ley de escala de la decoherencia que definen la fragilidad del control cuántico, manifiesta en el exponente α. Estos resultados indican que el control confiable de sistemas cuánticos grandes podría ser factible en condiciones realistas, si las perturbaciones pueden mantenerse por debajo de este umbral crítico. Por otro lado mostraré cómo la dinámica fuera de equilibrio puede ser monitoreada por un sensor cuántico [4]. Mostraré cómo las propiedades espectrales y de no Markovianeidad de estas dinámicas se manifiestan en el sensor. Éstos resultados proveen una tecnología cuántica para sondear las propiedades espectrales y mitigar los efectos de decoherencia de entornos fuera de equilibrio, no-estacionarios.[1] G. A. Alvarez, D. Suter, R. Kaiser. Science 349, 846 (2015)[2] F.D. Dominguez, et al. Phys. Rev. A 104, 012402 (2021)[3] F.D. Dominguez, G.A. Alvarez. Phys. Rev. A 104, 062406 (2021) [4] M. Kuffer, A. Zwick, G.A. Alvarez. PRX Quantum 3, 020321 (2022)