Spettri di risposta quantistica non markoviana

Abstract degli autori

I sistemi quantistici sono raramente isolati dall’ambiente circostante. Questi ambienti nascosti possono conservare informazioni e restituirle in seguito, producendo errori correlati nei computer quantistici e complicando l’interpretazione degli esperimenti. Per esempio, su un processore quantistico un job può quindi lasciare una traccia nell’ambiente che influisce sul successivo, anche dopo che i qubit stessi sono stati resettati. È dunque importante capire come persista questa influenza nascosta e come condizioni il comportamento successivo, ma spesso è impossibile misurare direttamente l’ambiente, e ricostruirne completamente gli effetti mediante tomografia diventa rapidamente impraticabile. Qui introduciamo una matrice di risposta che, usando interventi controllati e osservazioni del solo sistema, rivela la struttura temporale della memoria ambientale. La matrice registra come cambiano le osservazioni future al variare di storie controllate differenti. Il suo spettro caratterizza la struttura della memoria e il modo in cui persiste in presenza di reset specifici del sistema, mentre opportune combinazioni lineari dei suoi elementi possono escludere specifici modelli classici di tale memoria. Poiché le sue interrogazioni relative a passato e futuro possono essere valutate indipendentemente, è possibile assemblare in parallelo matrici di risposta numeriche. Stabiliamo teoricamente il quadro, caratterizziamo gli spettri di risposta in un processo di spin interagenti e certifichiamo la memoria quantistica in un benchmark a due qubit. Questo approccio trasforma le osservazioni del sistema in uno strumento per sondare ambienti inaccessibili e potrebbe contribuire alla diagnosi del rumore correlato, alla verifica di modelli di sistemi aperti e alla progettazione di controlli che tengano conto della memoria.