Sensores cuánticos para medir un quench en su entorno

Abstract

El desarrollo de sensores cuánticos para monitorear procesos a escalas atómicas y nanométricas es un paso clave para el despliegue de tecnologías cuánticas. Se han desarrollado ampliamente varios protocolos para extraer información de entornos del sensor que están en equilibrio termodinámico. Sin embargo, a esas escalas, el entorno se encuentra intrínsecamente fuera de equilibrio, lo que exige nuevos paradigmas para detectarlos con sensores cuánticos. Recientemente introducimos un marco teórico general utilizando integrales de caminos para utilizar un sensor cuántico para detectar la dinámica de no equilibrio de su entorno [1]. En este trabajo implementamos este marco para monitorear un quench en el ambiente del sensor. Mostramos que la forma convencional de medir la tasa de decaimiento de un sensor cuántico [2,3] no brinda ninguna información sobre el quench en su entorno, ya que solo manifiesta el comportamiento estacionario. En cambio, demostramos que la información de no-equilibrio está codificada en un "desplazamiento"del decaimiento del estado del sensor. Mostramos que tanto los procesos fluctuantes estacionarios como los no estacionarios inducen un desplazamiento del decaimiento de la señal del sensor. Sin embargo los efectos en el decaimiento por los procesos estacionarios son invariantes bajo la simetría de inversión del tiempo de las secuencias de desacoplamiento dinámico [2,3] aplicadas al sensor, pero ésta simetría se rompe cuando el entorno es no estacionario. Por lo tanto, un diseño adecuado de secuencias de control del sensor puede manifestar selectivamente en su decaimiento la información no estacionaria inducida por el quench en el ambiente. Demostramos estos resultados con simulaciones cuánticas utilizando experimentos por resonancia magnética nuclear. Estos resultados proporcionan un nuevo paradigma de detección cuántica para desarrollar tecnologías que utilicen sensores cuánticos como sondas de entornos fuera de equilibrio.