Monitoreando la dinámica de muchos espines con ecos de reversión temporal por resonancia magnética nuclear.

La dinámica de sistemas cuánticos de muchos cuerpos, es de gran importancia para el estudio de la física de la materia condensada como para el de moléculas muy grandes en química y biología, y es además un problema muy desafiante de resolver debido a su gran complejidad y efectos antintuitivos qu...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Lozano Negro, Fabricio S.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2018
Materias:
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/747/1/Lozano_Negro.pdf
Aporte de:Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (CNEA) de CAB - CNEA - Biblioteca Leo Falicov Ver origen
Descripción
Sumario:La dinámica de sistemas cuánticos de muchos cuerpos, es de gran importancia para el estudio de la física de la materia condensada como para el de moléculas muy grandes en química y biología, y es además un problema muy desafiante de resolver debido a su gran complejidad y efectos antintuitivos que contiene. En la actualidad, existen muchas preguntas abiertas para entender sus dinámicas, en particular relacionadas a efectos de localización, no termalización e irreversibilidad de estas dinámicas. Recientemente, se ha observado una nueva transición de fase en el comportamiento dinámico coherente de un sistema cuántico de muchos cuerpos en tres dimensiones, utilizando resonancia magnética nuclear en un sistema en estado sólido a temperatura ambiente [G.A. Alvarez, et al. Science 349, 846 (2015)]. Se observó que perturbando el hamiltoniano que gobierna la dinámica coherente, por encima de un valor crítico, la extensión espacial de las superposiciones cuánticas creadas por la evolución se localizan. En este trabajo de maestría se estudiaron analíicamente y numéricamente dinámicas cuánticas en cadenas de espines emulando condiciones análogas a las de los experimentos realizados. Se simularon dinámicas perturbadas, y se las revirtieron en el tiempo con el hamiltoniano sin perturbar. Este fenómeno de reversión temporal, genera un eco cuya magnitud cuanti ca los efectos de la perturbación y la irreversivilidad temporal de esta dinámica. Se realizaron diferentes simulaciones, con distintas perturbaciones y sistemas, con el fin de analizar la conexión entre el decaimiento del eco de la reversión temporal y los efectos de localización observados experimentalmente. Se implemento una técnica basada en el paralelismo cuántico para simular dinámicas de muchos espines, llegando a simular cadenas de N = 18 espines. Se observaron efectos de localización en las dinámicas simuladas análogos a los observados experimentalmente. Se identicaron distintos regímenes de crecimiento del tamaño de correlación de las superposiciones cuánticas creadas durante la evolución. Con estas simulaciones se reprodujeron además los comportamientos de los decaimientos de los ecos observados experimentalmente, comparando las tasas de decaimiento de los ecos en función de la perturbación. Se identicaron tres regímenes dinámicos que dictan las leyes de decaimiento de los ecos. Un decaimiento inicial cuadrático/gausiano en el tiempo, seguido por un régimen de decaimiento exponencial, terminando por último en un nuevo régimen de decaimiento gausiano a tiempos largos. Los primeros dos regímenes son independientes del tamaño del sistema, dependen de la perturbación y de la condición inicial del sistema y muestran ser dependientes de las leyes dinámicas que dictan el crecimiento del numero de espines correlacionados. El tercer régimen, depende del tamaño del sistema, pero maniesta converger a un régimen independiente del tamaño nito del sistema al extrapolar un crecimiento en N. Este régimen evidencia estar asociado a los efectos de localización observados en las simulaciones. Se llegó a una expresión analítica de la tasa de decoherencia para los primeros dos regímenes de decaimiento de los ecos en función de la perturbación y se utilizó para ajustar los datos experimentales. Observamos un excelente ajuste de las curvas experimentales. Estos resultados proveen una nueva herramienta para utilizar los ecos de reversión temporal para monitorear el comportamiento de la dinámica de muchos cuerpos, y servirán como trabajo a futuro para re-analizar y re-interpretar los datos experimentales observados en [G.A. Alvarez, et al. Science 349, 846 (2015)]. En conjunto los resultados de esta tesis proporcionan una nueva visión sobre las posibilidades de controlar sistemas cuánticos grandes, necesarias para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas, como los sensores cuánticos, y contribuyen al entendimiento de los orígenes de la irreversibilidad cuántica y los efectos de localización.