Quantum Discord: Una nueva medida de correlaciones cuánticas

Quantum Discord: Una nueva medida de correlaciones cuánticas

Tesis de Licenciatura (Trabajo de Diploma) de Leonardo Ciliberti, presentada en Abril de 2010 en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas de la UNLP.

Directores: R. Rossignoli, N. Canosa.

Esta Tesis incursiona en la nueva área de investigación denominada Información Cuántica, investigando un tipo de correlaciones que sólo están presentes en sistemas cuánticos y que son esenciales para el funcionamiento de ciertas computadoras cuánticas. Estas computadoras lograrían una reducción drástica del número de operaciones necesarias para llevar a cabo ciertas tareas.

En esta tesis se investiga una nueva medida de estas correlaciones, denominada Quantum Discord, no equivalente a las medidas corrientes en uso (tales como el entrelazamiento cuántico) en el caso de los llamados estados cuánticos no puros. Esta medida puede ser no nula aún cuando el entrelazamiento es nulo, siendo capaz de detectar correlaciones esenciales para algoritmos cuánticos basados en estados no puros. Se examina la presencia de estas correlaciones en sistemas físicos de interés para la computación cuántica y la física de estado sólido (denominados cadenas de espines), analizándose su comportamiento en la vecindad de las llamadas transiciones de fase cuánticas.

Entre otras peculiaridades, esta nueva medida no es monógama, en contraste con el entrelazamiento: El entrelazamiento cuántico se dice que es monógamo pues si un partícula está fuertemente entrelazada con otra, no puede entonces estar fuertemente entrelazada con una tercera partícula. El Quantum Discord está, en cambio, "liberado" de esta restricción.

Por ejemplo, en la figura derecha se muestra el comportamiento del entrelazamiento cuántico (E) y del Quantum Discord (D) de un par de espines con separación L en una cadena de 100 espines con interacción de Heisenberg tipo XY, en función del campo magnético aplicado. Se pueden apreciar las importantes diferencias cualitativas entre ambas, y en particular el alcance completo del Discord de pares en el llamado campo factorizante, resultado mostrado por primera vez en este trabajo.

Los resultados de la Tesis de Licenciatura fueron aceptados para su publicación en una de las revistas científicas internacionales más importantes especializadas en el tema (Physical Review A 82, 042316 (2010)).