Quantum non-equilibrium many-body spin-photon systems

Abstract

Esta tesis de doctorado se estudia la dinámica de sistemas cuánticos fuertemente correlacionados fuera del equilibrio. La investigación no se limita a las propiedades estáticas o tiempos largos de evolución/relajación, ni tampoco se descuida los efectos en los subsistema, como se hace con frecuencia con los diferentes enfoques de mecánica cuántica como por ejemplo: Ecuación Maestra. El objetivo de este trabajo es explorar diferentes sistemas cuánticos durante varios regímenes de operaciones, luego descubrir resultados que puedan ser de interés para el control cuántico y, por lo tanto, computación cuántica y el procesamiento de información. Nuestros principales resultados se pueden resumir de la siguiente manera en tres partes: Características emergentes de una dinámica crítica, Modelo de Dicke pulsado como un banco de pruebas de acoplamiento luz y materia ultra fuerte. Finalmente, más allá del mecanismo Kibble-Zurek. Nuestros hallazgos muestran robustez a la decoherencia y al ruido. Adicionalmente, tienen implicaciones experimentales potenciales a nivel de sistemas cuánticos para una variedad variedad, incluidas colecciones de átomos, moléculas, espines, qubits superconductores en cavidades, y posiblemente incluso procesos de recolección de luz mejorados por vibración en macromoléculas

This thesis dissertation concerns the quantum dynamics of strongly-correlated quantum systems in out-of-equilibrium states. The research is neither restricted to static properties or long-term relaxation evolutions nor does it neglect effects on any relevant subsystem as is frequently done with the environment in master equations approaches. The focus of this work is to explore different quantum systems during several regimes of operations, then discover results that might be of interest to quantum control, and hence to quantum computation and quantum information processing. Our main results can be summarized as follows in three parts: Signature of Critical Dynamics, Driven Dicke Model as a Test-bed of Ultra-Strong Coupling, and Beyond the Kibble-Zurek Mechanism. Our findings show robustness to losses and noise and have potential functional implications at the systems level for a variety of nanosystems, including collections of N atoms, molecules, spins, or superconducting qubits in cavities -- and possibly even vibration-enhanced light-harvesting processes in macromolecules