Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong HKUST 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, ofreciendo una nueva forma de realización de estados cuánticos sin precedentes.
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 problemaha sido 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.
El hallazgo fue publicado recientemente en Física de la naturaleza.
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 el clásicoa los cuánticos, es ubicuo. Tales sistemas abiertos, efectivamente descritos por la física no hermitiana, 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 se observaron recientemente en sistemas cuánticos genuinos. En el estudio, los investigadores de HKUST ajustaron los parámetros de los sistemas de modo quebarrer un bucle 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 el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj 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 encontrolar sistemas cuánticos no hermitianos".
Otra implicación de los hallazgos es cómo dos mecanismos aparentemente no relacionados: la física no hermítica inducida por pérdida y el acoplamiento espín-órbita interactúan. El acoplamiento espín-órbita SOC es un mecanismo esencial detrás de fenómenos cuánticos intrigantes como el aislamiento topológico, que se comporta como un aislante en su interior pero cuyos electrones fluyen superficialmente 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, se sabe mucho menos experimentalmente sobre el papel principal que desempeña la pérdida en los sistemas cuánticos acoplados de espín-órbita. La mejor comprensión de talEl SOC no hermitiano es de suma importancia para el desarrollo de nuevos materiales, pero sigue siendo esquivo en el área de la física de la materia condensada.
Sin embargo, en este trabajo, los investigadores se dieron cuenta por primera vez de un sistema acoplado de espín-órbita disipativo 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 paraexploración futura de la física de 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 talesmecanismos competitivos en un simulador cuántico altamente controlable con átomos ultrafríos.
La investigación fue financiada por el Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong, la Fundación Croucher y la Fundación Harilela.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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