Evolución de correlaciones cuánticas de dos qubits en una cavidad con disipación bifotónica

Evolution of quantum correlations of two qubits in a cavity with biphotonic dissipation

En este trabajo se estudia la evolución de correlaciones cuánticas en un modelo Tavis-Cummings que consta de dos qubits y un único modo cuantizado del campo electromagnético. Se consideran procesos de emisión/absorción de un sólo fotón y de dos fotones correlacionados, para cada uno de los qubits. El modelo se estudia teniendo en cuenta disipaciones unifotónicas y bifotónicas, a través de una cavidad que interactúa con un reservorio térmico. La solución numérica de una ecuación maestra Lindblad nos permite realizar una descripción de la evolución de las correlaciones cuánticas, entrelazamiento cuántico y discordia cuántica, en función del tiempo para un estado atómico tipo superposición. Se muestra que los diferentes resultados de las correlaciones cuánticas, presentan comportamientos cualitativamente diferentes en su evolución.

1. INTRODUCCIÓN

La interacción de un átomo con algunos modos del campo electromagnético cuantizado dentro de una cavidad, ha sido estudiada bajo el formalismo de la electrodinámica cuántica de cavidades (QED). Esto ha permitido avances en el procesamiento de la información cuántica [1,2,3], la teleportación cuántica [4], criptografía cuántica y la computación cuántica [5,6]. Sin embargo, parece muy difícil realizar una gran cantidad de operaciones debido a la interacción del sistema con el entorno [7,8]. Debe destacarse que los experimentos QED han sido particularmente exitosos en la demostración de las características básicas de la mecánica cuántica, tales como, oscilaciones de Rabí y correlaciones cuánticas.

Cuando interactúan dos o más partes de un sistema cuántico, surge un tipo de correlaciones que no pueden ser explicadas clásicamente. A este fenómeno se le denomina entrelazamiento cuántico (EC) y fue introducido por E. Schrödinger en su intento por explicar el "experimento mental" propuesto por A. Einstein en la controversial publicación EPR [9]. Dos sistemas cuánticos A y B se entrelazan cuando ciertas propiedades del sistema A se correlacionan con las mismas propiedades del sistema B, incluso en el caso en que ambos objetos están espacialmente lejos. Éste concepto se consideró casual, pero sólo hasta cuando John S. Bell hace público su teorema, la comunidad internacional evidencia éste fenómeno [10].

El EC es hoy un recurso necesario para realizar algunos algoritmos de información cuántica y una gran cantidad de esfuerzo se ha dedicado para estudiarlos y caracterizarlos. Sin embargo, se ha observado que el EC no cuantifica todas las correlaciones cuánticas. Entonces se ha introducido una serie de medidas de correlaciones cuánticas, la más popular es la discordia cuántica (DC) [11], que se define como la diferencia entre la información mutua del sistema y la información obtenida después de medir sobre una de las partes de dicho sistema.