Decoherence scaling transition in the dynamics of quantum information scrambling

Autores
Dominguez, Federico Daniel; Rodríguez, María Cristina; Kaiser, Robin; Suter, Dieter; Alvarez, Gonzalo Agustin
Año de publicación
2021
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Reliable processing of quantum information for developing quantum technologies requires precise control of out-of-equilibrium many-body systems. This is a highly challenging task because the fragility of quantum states to external perturbations increases with the system size. Here, we report on a series of experimental quantum simulations that quantify the sensitivity of a controlled Hamiltonian evolution to perturbations that drive the system away from the targeted evolution. Based on out-of-time ordered correlations, we demonstrate that the decay rate of the process fidelity increases with the effective number K of correlated qubits as Kα. As a function of the perturbation strength, we observe a decoherence scaling transition of the exponent α between two distinct dynamical regimes. In the limiting case below the critical perturbation strength, the exponent α drops sharply below 1, and there is no inherent limit to the number of qubits that can be controlled. This resilient quantum feature of the controlled dynamics of quantum information is promising for reliable control of large quantum systems.
Fil: Dominguez, Federico Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina
Fil: Rodríguez, María Cristina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Kaiser, Robin. Université Nice Sophia Antipolis. Laboratoire Jean-alexandre Dieudonné.; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Fil: Suter, Dieter. Universität Dortmund; Alemania
Fil: Alvarez, Gonzalo Agustin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. (Centro Atómico Bariloche). Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro.; Argentina
Materia
Quantum Information
Quantum Technologies
Decoherence
Quantum Control
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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