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Teoría efectiva versus teoría de Floquet para el oscilador paramétrico de Kerr

Fecha:

Ignacio García-Mata1, Rodrigo G. Cortiñas2,3, Xu Xiao2, Jorge Chávez-Carlos4, Víctor S. Batista5,3, Lea F. Santos4y Diego A. Wisniacki6

1Instituto de Investigaciones Físicas de Mar del Plata (IFIMAR), Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Mar del Plata & CONICET, 7600 Mar del Plata, Argentina
2Departamento de Física y Física Aplicada, Universidad de Yale, New Haven, Connecticut 06520, EE. UU.
3Instituto Yale Quantum, Universidad de Yale, New Haven, Connecticut 06520, EE. UU.
4Departamento de Física, Universidad de Connecticut, Storrs, Connecticut, EE.UU.
5Departamento de Química, Universidad de Yale, PO Box 208107, New Haven, Connecticut 06520-8107, EE. UU.
6Departamento de Física “JJ Giambiagi” e IFIBA, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, 1428 Buenos Aires, Argentina

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Resumen

Las puertas paramétricas y los procesos diseñados desde la perspectiva del hamiltoniano estático efectivo de un sistema impulsado son fundamentales para la tecnología cuántica. Sin embargo, es posible que las expansiones perturbativas utilizadas para derivar modelos estáticos efectivos no puedan capturar de manera eficiente toda la física relevante del sistema original. En este trabajo, investigamos las condiciones para la validez del hamiltoniano efectivo estático de bajo orden utilizado para describir un oscilador de Kerr bajo un accionamiento de compresión. Este sistema es de interés fundamental y tecnológico. En particular, se ha utilizado para estabilizar los estados del gato de Schrödinger, que tienen aplicaciones para la computación cuántica. Comparamos los estados y energías del hamiltoniano estático efectivo con los estados y cuasienergías exactos de Floquet del sistema impulsado y determinamos el régimen de parámetros en el que concuerdan las dos descripciones. Nuestro trabajo saca a la luz la física que queda fuera de los tratamientos estáticos efectivos ordinarios y que puede explorarse mediante experimentos de última generación.

Los qubits creados con osciladores no lineales (Kerr), como los qubits transmon en las computadoras cuánticas existentes, están protegidos contra algunas fuentes de decoherencia. Un enfoque común para comprender las propiedades de este sistema es considerar una aproximación estática efectiva de su hamiltoniano. Sin embargo, todas las aproximaciones tienen límites. Nuestro trabajo expone estos límites y proporciona las regiones de parámetros donde se cumple la descripción estática efectiva. Este conocimiento es muy importante para futuras configuraciones experimentales que planean llevar las no linealidades a valores más grandes para lograr puertas más rápidas.

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Citado por

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[3] Jorge Chávez-Carlos, Miguel A. Prado Reynoso, Ignacio García-Mata, Victor S. Batista, Francisco Pérez-Bernal, Diego A. Wisniacki y Lea F. Santos, “Conduciendo qubits superconductores al caos”, arXiv: 2310.17698, (2023).

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