Dinámica y Entrelazamiento de un Qúbit en una Cavidad a Baja Temperatura Pertubada por el Paso de Átomos

Abstract

El delicado compromiso entre tratar de mantener el tiempo de decoherencia lo más largo posible y poder manipular de manera práctica el sistema para realizar operaciones u obtener mediciones representa uno de los retos más complicados para la realización física de computadoras cuánticas[17, 7]. Se ha demostrado que teóricamente puede mejorarse el tiempo de coherencia del sistema de interés mediante el uso de sistemas compuestos. Estos consisten en un entorno cercano (el campo de la cavidad en este caso) que interactúa débilmente con el sistema de interés (régimen perturbativo) y un entorno lejano en estado estacionario que solo esta interactuando con el entorno cercano. La coherencia tiende a aumentar conforme mayor es el acoplamiento entre el entorno cercano y el entorno lejano[18]. Esto puede ser útil para realizar operaciones sobre qúbits y proteger a la vez la coherencia y/o el entrelazamiento entre los mismos. Los esfuerzos para dominar el problema de la decoherencia tradicionalmente se han dirigido al desarrollo de modelos cada vez más precisos de la interacción entre sistema y entorno. Sin embargo, a partir de los años 2000 se ha estudiado la posibilidad de desacoplar el sistema del entorno a través de secuencias de pulsos aplicados al sistema mismo (denominado como “bang-bang control”)[19]. Aquí estudiaremos la situación donde el sistema y entorno se encuentran separados por un entorno intermedio al cual se le aplican las perturbaciones instantáneas con la finalidad de desacoplar el sistema de ambos entornos. Hasta donde sabemos, esta idea de aplicar “bang-bang control”sobre un entorno intermedio no se ha considerado anteriormente. Creemos que tiene el potencial de abrir nuevas vías para mejorar la protección de los procesos cuánticos que se desean llevar a cabo en el sistema. Concretamente se estudiaran diferentes efectos del entorno sobre el sistema central, obtenidos a través del control del haz de átomos que atraviesa la cavidad óptica. Estos diferentes regímenes del sistema completo (entorno + cavidad + qubit) estarían caracterizados por el efecto que tienen 2 sobre el átomo estacionario dentro de la cavidad. Estos efectos se presentan como cambios en la tasa de decoherencia, en la tasa de pérdida de entrelazamiento con un qúbit externo, y en la posibilidad de inducir en el qúbit diferentes estados de equilibrio no convencionales, entre otros. La aportación realizada será la simulación, análisis de la dinámica de este sistema, obtención de los estados estacionarios o cuasi-estacionarios de la cavidad y la tasa de decoherencia del estado del átomo acoplado, así como la cuantificación de la pérdida de entrelazamiento del mismo con un qúbit espectador externo. Cabe mencionar que con la tecnología actual y con los últimos avances en el confinamiento y control de átomos en cavidades es posible realizarlo experimentalmente[8, 9].