Caracterización dinámica del acople ultra-fuerte en sistemas superconductor cavidad-qubit

Abstract

Recientemente se ha reportado dinámica asintótica y cuantiosas no linealidades en el régimen de acople ultra-fuerte cavidad-bit cuántico (qubit), que no son usuales en el caso del acople fuerte o débil. Sin embargo, bajo determinado conjunto de parámetros, la definición del régimen de interacción en que se encuentra el sistema y por tanto el modelo con el cuál debe ser abordado no es claro. La frontera entre el régimen fuerte y ultra-fuerte es todavía un tema en desarrollo. En este trabajo se estudia dicha frontera, haciendo especial énfasis en las propiedades cuánticas que surgen cuando el acople dipolar luz-materia es del mismo orden (o mas grande) que las frecuencias de los fotones y del qubit. Se hace tanto el estudio del sistema aislado como del sistema abierto, para lo cual se considera la pérdida de fotones en un entorno Markoviano. A pesar de trabajar con un modelo general para cualquier sistema cavidad-qubit, se muestra la derivación del hamiltoniano para un sistema superconductor, encontrando los regímenes de operación del qubit, pues es éste ha mostrado la obtención del régimen ultra-fuerte, presenta grandes tempos de coherencia, vida del qubit, facilidades de fabricación, buen control y facilidades de implementación. Finalmente, por medio del estudio de la negatividad y las funciones de correlación se propone un testigo del entrelazamiento estacionario para sistemas cavidad-qubit en acople ultra-fuerte.

Abstract. It is known that a qubit-cavity system in the ultra-strong coupling regime evidence asymptotic dynamics and several non linearities that are not present in the strong or weak coupling regime, but in a specific parameter range there is not a clear physical reason for using either a model for describing a system in a high strong coupling regime, or a model for describing the system in the ultra-strong coupling regime. Also, it is still not clear if the non validity of the rotating wave approximation is a suficient condition for diferencing both regimes. In this work we study the limit between the strong and the ultra-strong coupling regime, emphasizing in the quantum and non-local features that arise when the dipolar coupling is comparable or greater than the qubit and cavity frequencies. For describing the open quantum system we assume a Markovian reservoir and then the Lindblad master equation is used. For the dissipative parameters we consider those that are reported in the superconducting qubit-cavity circuits because these systems reach the ultra-strong coupling regime and exhibit very desirable coherence times, good control of the states and these are easy to manufacture and to implement.