Encuentran nueva forma de controlar el estado cuántico


Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST, por sus siglas en inglés) han demostrado una nueva forma de controlar el estado cuántico a través de la pérdida de partículas, un proceso que generalmente se evita en el dispositivo cuántico, lo que ofrece una nueva forma de lograr un estado cuántico sin precedentes. estados

La manipulación de un sistema cuántico requiere un control sutil del estado cuántico con cero operaciones imperfectas; de lo contrario, la información útil codificada en los estados cuánticos se codifica. Uno de los procesos perjudiciales más comunes es la pérdida de partículas que componen el sistema. Este problema se ha visto durante mucho tiempo como un enemigo del control cuántico y se evitó mediante el aislamiento del sistema. Pero ahora, los investigadores de HKUST han descubierto una forma que podría obtener el control cuántico de la pérdida en un sistema cuántico atómico.

Un nuevo estudio encuentra que la evolución del estado cuántico depende de la dirección en el espacio de parámetros del sistema disipativo acoplado espín-órbita. Crédito: Dong Liu

El hallazgo fue publicado recientemente en Nature Physics.

El profesor Gyu-Boong Jo, investigador principal del estudio y profesor asociado de física Hari Harilela en HKUST, dijo que el resultado demostró la pérdida como un botón potencial para el control cuántico.

«El libro de texto nos enseñó que en mecánica cuántica, el sistema de interés no sufrirá una pérdida de partículas ya que está bien aislado del medio ambiente», dijo el profesor Jo. «Sin embargo, un sistema abierto, que va desde los clásicos hasta los cuánticos, es ubicuo. Dichos sistemas abiertos, descritos de manera efectiva por la física no hermítica, exhiben varios fenómenos contrarios a la intuición que no se pueden observar en el sistema hermitiano».

La idea de la física no hermítica con pérdida ha sido examinada activamente en los sistemas clásicos, pero estos fenómenos contrarios a la intuición se dieron cuenta y observaron recientemente en los sistemas cuánticos genuinos. En el estudio, los investigadores de HKUST ajustaron los parámetros de los sistemas de modo que trazaran un circuito cerrado alrededor de un punto especial, también conocido como un punto excepcional que ocurre en el sistema no hermitiano. Se descubrió que la dirección del bucle (es decir, si va en sentido horario o antihorario) determina el estado cuántico final.

Jensen Li, profesor de física en HKUST y el otro líder del equipo, dijo: «Este comportamiento quiral de un estado cuántico direccional que se transfiere alrededor de un punto excepcional puede ser un ingrediente importante en el control cuántico. Estamos en el punto de partida para controlar no -Sistemas cuánticos hermitianos».

Otra implicación de los hallazgos es cómo interactúan dos mecanismos aparentemente no relacionados: la física no hermítica (inducida por la pérdida) y el acoplamiento espín-órbita. El acoplamiento espín-órbita (SOC) es un mecanismo esencial detrás de fenómenos cuánticos intrigantes como el aislador topológico, que se comporta como un aislante en su interior pero cuyos electrones de flujo superficial actúan como un conductor.

A pesar de los importantes avances en la física no hermitiana, un mecanismo SOC solo se estudia ampliamente en los sistemas hermitianos, y mucho menos se sabe experimentalmente sobre el papel principal que desempeña la pérdida en los sistemas cuánticos acoplados por espín-órbita. La mejor comprensión de tal SOC no hermitiano es de suma importancia para el desarrollo de nuevos materiales, pero sigue siendo difícil de alcanzar en el área de la física de la materia condensada.

Sin embargo, en este trabajo, los investigadores realizaron por primera vez un sistema acoplado disipativo de espín-órbita para átomos ultrafríos, caracterizando completamente su estado cuántico y demostrando el control cuántico quiral en el contexto de la física no hermitiana. Este hallazgo prepara el escenario para la exploración futura de la física del acoplamiento espín-órbita en el régimen no hermitiano y destaca las notables capacidades de los sistemas cuánticos no hermitianos para realizar, caracterizar y aprovechar dos mecanismos fundamentales, a saber, la pérdida y el SOC, proporcionando un nuevo enfoque para simular con precisión tales mecanismos competitivos en un simulador cuántico altamente controlable con átomos ultrafríos.

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