Coherencia y entrelazamiento en dinámica no Markoviana de qubits

Coherence and entanglement in non-Markovian dynamics of qubits

Se presenta el análisis de la dinámica de entrelazamiento de un sistema bipartito de bits cuánticos (qubits) en el régimen no Markoviano. En este, la escala temporal en la cual evolucionan los grados de libertad del reservorio es del mismo orden de magnitud (o menor) que aquella correspondiente a la evolución del sistema de qubits. En la descripción de la evolución cuántica de los qubits en el régimen no Markoviano se utiliza el método numérico exacto de la Integral de Caminos Cuasi Adiabática—QUAPI. Se calculó la dinámica del operador densidad de los qubits, a partir de la cual se cuantificó la dinámica de las coherencias y de las poblaciones y la influencia del ruido cuántico sobre los qubits. Utilizando la negatividad como métrica, se calculó la dinámica de correlaciones cuánticas no locales (entrelazamiento), la cual permitió identificar una estructura funcional asociada al régimen no Markoviano en la cual se destacan el desvanecimiento súbito y el colapso y el resurgimiento del entrelazamiento.

​INTRODUCCIÓN

El entrelazamiento cuántico es una propiedad física de sumo interés tanto conceptualmente, como argumentación de nivel primario en la teoría cuántica (Mermin 1985, Bennett y DiVincenzo 2000), como por sus aplicaciones en las tecnologías cuánticas de información emergentes (Ladd et al. 2010). Dicha propiedad sólo puede atribuirse a sistemas interactuantes en el dominio cuántico (Nielsen y Chuang 2000). Para el caso más simple de estados puros en un registrador de dos bits cuánticos (qubits), se dice que el sistema está en estado entrelazado cuando este no puede ser descrito como un producto directo de vectores de estado asociados a cada una de las dos partes por separado.

El entrelazamiento ha sido reconocido como un recurso (como lo es la energía) para construir novedosos dispositivos en la nano-escala, donde ahora es posible el procesamiento y la manipulación controlada de información al nivel de pocos qubits (Ladd et al. 2010). El entrelazamiento es probablemente la característica más interesante de la fenomenología cuántica (Mermin 1985), y es un recurso crucial para el cómputo cuántico (Bennett y DiVincenzo 2000), y la comunicación cuántica via protocolos como la teletransportación (Bennett, Brassard, Crépeau, Jozsa, Peres y Wootters 1993) y la criptografía (Gisin, Ribordy, Tittel y Zbinden 2002).

Trabajos recientes sobre la dinámica de entrelazamiento han mostrado que algunos estados inicialmente entrelazados de un sistema bipartito pueden decaer a cero en un tiempo mucho menor que el de su emisión espontánea (Yu y Eberly 2003, 2004, 2006, Konrad et al. 2008, Dodd y Halliwell 2004, Minter, Carvalho, Kus y Buchleitner 2005, Quiroga y Rodriguez 2007, Scala, Migliore, Messina y Sánchez-Soto 2011). Este fenómeno, denominado desvanecimiento repentino de entrelazamiento (ESD-early stage disentanglement) es una característica cuántica que señala una dinámica disipativa inusual de correlaciones cuánticas puramente no locales (Mermin 1985, Bennet et al. 1993).