Ingegnerizzazione degli stati stazionari mediata da ancilla nei sistemi quantistici aperti

Abstract degli autori

Progettare le proprietà di un serbatoio e il suo accoppiamento a un sistema quantistico è uno strumento potente per simulare processi di termodinamica quantistica e generare stati stazionari altrimenti inaccessibili. Tuttavia, personalizzare sia il serbatoio sia il suo accoppiamento all’interno di un’unica piattaforma resta una sfida. Qui presentiamo una piattaforma in cui un qubit ancilla media l’accoppiamento tra un sistema bersaglio e un serbatoio, consentendo un controllo indipendente sulla forma dell’interazione, sull’intensità dell’accoppiamento e sulla temperatura efficace del serbatoio. La nostra implementazione utilizza come ancilla lo spin elettronico di un singolo centro azoto-vacanza nel diamante e come bersaglio uno spin nucleare $^{13}$C nelle sue vicinanze. Alternando interazioni unitarie ingegnerizzate con reset dissipativi dell’ancilla, realizziamo una dinamica descritta naturalmente da un modello di collisione, che consente di seguire con semplicità il lavoro, il calore, la coerenza e l’entropia generati a ogni collisione. Dimostriamo sperimentalmente la termalizzazione convenzionale e realizziamo anche l’antitermalizzazione: la stabilizzazione del sistema bersaglio a una temperatura opposta a quella del suo serbatoio. Infine, sfruttando questa ingegnerizzazione dello stato stazionario, utilizziamo lo spin nucleare come batteria quantistica, ottenendo un’ergotropia a regime stazionario superiore a $70\%$ del massimo teorico.