Vol. 29 (2019)
Artículos de investigación

Operador potencia como testigo de la decoherencia en la ejecución de la compuerta de Toffoli en una computadora cuántica de diamante

Fabián Soberanes Tecnológico de Estudios Superiores de Chalco (Tescha)

Biografía
Manuél Ávila Centro Universitario UAEM Valle de Chalco UAEMEX

Biografía

Publicado 2019-11-06

Cómo citar

Operador potencia como testigo de la decoherencia en la ejecución de la compuerta de Toffoli en una computadora cuántica de diamante. (2019). Acta Universitaria, 29, 1-10. https://doi.org/10.15174/au.2019.2409

Resumen

La computadora cuántica de diamante ha sido empleada exitosamente en diversos protocolos de información cuántica. Es usado un Hamiltoniano(H) típico de 3-qubits que componen una computadora cuántica de diamante, el cual consiste de términos diagonales y pulsos de Rabi que generan el giro de los espines de la compuerta de Toffoli. De tal Hamiltoniano es derivado el operador potencia  y calculado su valor promedio como función del tiempo. Al resolver numéricamente la ecuación de Schroedinger, se demuestra que la compuerta de Toffoli no se ejecuta y que el operador potencia es testigo de la decoherencia de la ejecución de la compuerta Toffoli. Al depender el Hamiltoniano del tiempo, hay un intercambio de energía del sistema de tres qubits con el medio. Lo anterior induce la decoherencia del sistema. Se concluye que la tecnología de pulsos de Rabi tiene limitaciones.

Referencias

  1. Nielsen M. & Chuang I. A. (2000) Quantum Information and Quantum Computation, Cambridge University Press.
  2. Toffoli T. (1980) Technical report, MIT/LCS/TM-15.
  3. De Bakker J. W. & van Leeuwen J., ed. (1980) Reversible computing (PDF). Automata, Languages and Programming, Seventh Colloquium. Noordwijkerhout, Netherlands: Springer Verlag. pp. 632–644. doi:10.1007/3-540-10003-2_104
  4. Barenco A., Bennett C. H., Cleve R., DiVincenzo D. P., Margolus N., Shor P., Sleator T., Smolin J. A. & Weinfurter H. (1995). "Elementary gates for quantum computation". Physical Review A. 52 (5): 3457–3467. doi:10.1103/PhysRevA.52.3457
  5. Shi, Xiao-Feng (2018). "Deutsch, Toffoli, and CNOT Gates via Rydberg Blockade of Neutral Atoms". Physical Review Applied 9 (5): 051001. doi:10.1103/PhysRevApplied.9.051001
  6. Monz T., Kim K., Hänse, W., Riebe M., Villar A. S., Schindler P., Chwalla M., Hennrich M., Blatt R. (2009). "Realization of the Quantum Toffoli Gate with Trapped Ions". Physical Review Letters 102 (4): 040501 doi:10.1103/PhysRevLett.102.040501
  7. Dynes J., Takesue H., Yuan Z., Sharpe A., Harada K., Honjo T., Kamada H., Tadanaga O., Nishida Y., Asobe M. & Shields A. (2009). “Efficient entanglement distribution over 200 kilometersâ€. Optics Express 17. doi:10.1364/OE.17.011440
  8. Gaebel T., Domhan M., Popa I., Wittmann C., Neumann P., Jelezko F., Rabeau J.R., Stavrias N., Greentree A.D., Prawer S., Meijer J., Twamley J., Hemmer P.R., Wrachtrup J. (2006). “Room-temperature coherent coupling of single spins in diamondâ€. Nature Physics 2: 408-413, doi: 10.1038/nphys318.
  9. Gurudev M.V., Childress L., Jiang L., Togan E., Maze J., Jelezko F., Zibrov A.S., Hemmer P.R., & Lukin M.D. (2007). “Quantum register based on individual electronic and nuclear spin qubits in diamond»â€. Science 316: 1312-1316, doi.org/10.1126/science.1139831.