Sensores Cuánticos: Observando efectos de localización con ecos de reversión temporal

GONZALO A. ALVAREZ

Seminario; 103a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2018

La observaci ́on y el control de sistemas cu ́anticos como fotones, electrones o nu ́cleos se pueden utilizar para almacenar y manipular informaci ́on en tecnolog ́ıas emergentes. Estas tecnolog ́ıas cu ́anticas incluyen un nuevo tipo de computadoras, las llamadas computadoras cu ́anticas, que ser ́an cualitativamente m ́as r ́apidas que las computadoras m ́as potentes actualmente disponibles. Estos nuevos tipos de compu- tadoras permiten la simulaci ́on de sistemas complejos que consisten en muchos com- ponentes, como sistemas biol ́ogicos u otros dispositivos cu ́anticos. Un desaf ́ıo pen- diente que necesita ser superado para desarrollar estas tecnolog ́ıas es que uno necesita controlar muchos sistemas cu ́anticos interactuantes. Los efectos cu ́anticos son extre- madamente sensibles a las perturbaciones externas, que hacen que sus caracter ́ısticas cu ́anticas desaparezcan muy r ́apidamente, y este problema crece dram ́aticamente con el taman ̃o del sistema. Mostrar ́e que la creaci ́on controlada de estados cu ́anticos pue- de manifestar un nuevo tipo de transici ́on de fase en el comportamiento din ́amico coherente del sistema cu ́antico [1]. Usando la resonancia magn ́etica nuclear (RMN) en un sistema de espines de estado s ́olido a temperatura ambiente, de repente en- cendemos una interacci ́on entre espines nucleares que comienza a correlacionarlos [2, 3]. Como resultado, el sistema colectivo es conducido a una superposici ́on cu ́antica. A medida que el tiempo evoluciona, el nu ́mero de espines correlacionados aumenta y consecuentemente la extensi ́on del estado cu ́antico coherente crece en el espacio. Descubrimos que dependiendo de la fuerza de una perturbaci ́on externa controlada, la propagaci ́on en el espacio de las correlaciones cu ́anticas sufre una transici ́on de una ?difusi ́on?deslocalizada a una localizada. Utilizando ecos de reversi ́on temporal, observamos que este efecto se manifiesta modificando las tasas de decoherencia ha- ci ́endola m ́as lenta cuando la din ́amica esta localizada [4]. Estos resultados muestran que, para crear de forma controlada grandes estados cu ́anticos, se necesita reducir la intensidad de una perturbaci ́on por debajo de un umbral dado. S ́olo debajo de este umbral el sistema cu ́antico puede controlarse para expandir las correlaciones en el espacio de forma indefinida.[1] G. A. A ́lvarez, D. Suter, and R. Kaiser, Science 349, 846 (2015).[2] G. A. A ́lvarez and D. Suter, Phys. Rev. Lett. 104, 230403 (2010); Phys. Rev. A 84, 012320 (2011).[3] G. A. A ́lvarez, R. Kaiser, and D. Suter, Ann. Phys. (Berlin) 525, 833 (2013).[4] G. A. A ́lvarez, R. Kaiser, and D. Suter. In Preparation (2018).