Catálogo de publicaciones - tesis
Título de Acceso Abierto
Control coherente de sistemas cuánticos
Pablo Matías Poggi Diego Wisniacki Fernando Lombardo
publishedVersion.
Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
Durante las últimas décadas se han logrado grandes avances en la manipulación de sistemas físicos en la escala nano y subnanoscópica, donde la coherencia cuántica juega un papel dominante. Algunos hitos registrados en los últimos años son la manipulación óptica de partículas individuales en trampas de iones, la interacción controlada de un solo electrón con fotones individuales en puntos cuánticos de silicio y la realización de bits cuánticos (qubits) con largos tiempos de coherencia en circuitos superconductores. Actualmente, la habilidad de diseñar la evolución de sistemas cuánticos con gran precisión está allanando el camino para una nueva revolución en las tecnologías cuánticas. En esta Tesis estudiamos desde el punto de vista teórico el problema de control en sistemas cuánticos. Un aspecto central de este problema es que la presencia de disipación y decoherencia por lo general impide que el sistema sea manipulado arbitrariamente. Cuando estos efectos no pueden ser eludidos, es esencial efectuar los protocolos de control de la manera mas rápida posible. En este contexto, realizamos un estudio de los límites fundamentales que existen para la velocidad de evolución en sistemas cuánticos. Estos límites surgen de generalizaciones de la relación de incerteza entre tiempo y energía, que impone cotas inferiores a los tiempos de evolución. Estudiando el escenario general de un problema de control, donde los operadores Hamiltonianos dependen explícitamente del tiempo, mostramos que en general estas relaciones no proveen información útil que permita acotar tiempos mínimos en estos problemas. A la luz de estos resultados, proponemos nuevos métodos que efectivamente pueden ser aplicados a cualquier sistema cuántico controlado y que permiten estimar cotas para dichos tiempos. Un ingrediente esencial de las aplicaciones modernas de la teoría de control son los métodos de optimización. En esta Tesis estudiamos e implementamos numéricamente métodos de control óptimo para sistemas cuánticos en diversos modelos de interés. En particular, utilizamos dichas herramientas para buscar los tiempos mínimos de evolución en sistemas cuánticos que presentan múltiples cruces evitados en su espectro de energías. Para este tipo de modelos, en primer lugar proponemos y caracterizamos un método general para realizar tareas de control, que genera evoluciones con velocidad óptima en cada cruce. Luego, usando métodos de optimización mostramos que el tiempo de evolución puede disminuirse a medida que el número de niveles del sistema aumenta. Finalmente, a partir de estudiar el efecto de campos periódicos en estos sistemas, logramos identificar los mecanismos físicos que generan este fenómeno y proponer una solución analítica para el campo de control. Adicionalmente, estudiamos la relación entre la controlabilidad de un sistema cuántico y su complejidad. Usando control óptimo, obtuvimos los campos necesarios para generar distintos procesos en una cadena de spines y estudiamos sistemáticamente las propiedades de dichos campos como función de distintos aspectos que hacen a la complejidad del sistema. Encontramos que el ancho de banda de los campos es, por lo general, independiente de la dimensión del sistema. Asimismo, la complejidad del espectro de Fourier del campo efectivamente aumenta a medida que se incrementa el número de excitaciones en el sistema. Sin embargo, también concluimos que la naturaleza regular o caótica del sistema no afecta significativamente su controlabilidad. Finalmente, estudiamos sistemas cuánticos abiertos en presencia de campos externos. En ese contexto, actualmente se debate si los entornos no Markovianos pueden ser usados como un recurso para mejorar la controlabilidad de dichos sistemas. Una de las características más atractivas de estos sistemas es que describen escenarios en los que la pérdida de información y de coherencia son reversibles y, por lo tanto, es posible ujo temporario de información desde el entorno hacia el sistema. Estudiamos la relación entre el grado de no-Markovianidad y la acción de campos de control dependientes del tiempo en un sistema de dos niveles interactuando con un entorno estructurado a baja temperatura. Para este sistema, hallamos que aplicando campos periódicos sobre el sistema es posible aumentar considerablemente el grado de no-Markovianidad con respecto al caso estático. Asimismo exploramos la relación entre los efectos no Markovianos y el control, y argumentamos que dichos efectos no pueden considerarse como un recurso para realizar protocolos de control.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
CONTROL CUANTICO; MODELO DE LANDAU-ZENER; CONTROL OPTIMO; SISTEMAS CUANTICOS ABIERTOS; SISTEMAS CUANTICOS COMPLEJOS; QUANTUM CONTROL; LANDAU-ZENER; OPTIMAL CONTROL; OPEN QUANTUM SYSTEMS; COMPLEX QUANTUM SYSTEMS
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 2017 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
|
Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
2017-12-07
Información sobre licencias CC
