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...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2018
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/747/1/Lozano_Negro.pdf |
| Aporte de: |
| 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. |
|---|