De relaciones de incertidumbre a límites de aceleración cuántica
Autores: Cafaro, Carlo; Corda, Christian; Bahreyni, Newshaw; Alanazi, Abeer
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
De relaciones de incertidumbre a límites de aceleración cuántica
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Límite de aceleración cuántica
Relación de incertidumbre de Robertson
Relación de incertidumbre de Robertson-Schrödinger
Evolución cuántica
Esfera de Bloch
Hamiltonianos dependientes del tiempo
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
El concepto de límite de aceleración cuántica ha sido introducido recientemente para cualquier evolución temporal unitaria de sistemas cuánticos bajo hamiltonianos no estacionarios arbitrarios. Mientras Alsing y Cafaro utilizaron la relación de incertidumbre de Robertson en su derivación, emplearon la relación de incertidumbre de Robertson-Schrödinger para encontrar el límite superior en la tasa temporal de cambio de la velocidad de las evoluciones cuánticas. En este artículo, proporcionamos un análisis comparativo de estas dos derivaciones alternativas para sistemas cuánticos especificados por un espacio de Hilbert proyectivo de dimensión finita arbitraria. Además, centrándonos en una descripción geométrica de la evolución cuántica de sistemas cuánticos de dos niveles en una esfera de Bloch bajo hamiltonianos generales dependientes del tiempo, encontramos las condiciones más generales necesarias para alcanzar los límites superiores máximos en la aceleración de la evolución cuántica. En particular, estas condiciones se expresan explícitamente en términos de dos vectores reales tridimensionales, el vector de Bloch que corresponde al estado cuántico en evolución y el vector de campo magnético que especifica el hamiltoniano hermítico del sistema. Por razones pedagógicas, ilustramos nuestros hallazgos generales para sistemas cuánticos de dos niveles en ejemplos físicos explícitos caracterizados por configuraciones específicas de campos magnéticos variables en el tiempo. Finalmente, comentamos brevemente sobre la extensión de nuestras consideraciones a sistemas físicos de mayor dimensión en estados cuánticos puros y mixtos.
Descripción
El concepto de límite de aceleración cuántica ha sido introducido recientemente para cualquier evolución temporal unitaria de sistemas cuánticos bajo hamiltonianos no estacionarios arbitrarios. Mientras Alsing y Cafaro utilizaron la relación de incertidumbre de Robertson en su derivación, emplearon la relación de incertidumbre de Robertson-Schrödinger para encontrar el límite superior en la tasa temporal de cambio de la velocidad de las evoluciones cuánticas. En este artículo, proporcionamos un análisis comparativo de estas dos derivaciones alternativas para sistemas cuánticos especificados por un espacio de Hilbert proyectivo de dimensión finita arbitraria. Además, centrándonos en una descripción geométrica de la evolución cuántica de sistemas cuánticos de dos niveles en una esfera de Bloch bajo hamiltonianos generales dependientes del tiempo, encontramos las condiciones más generales necesarias para alcanzar los límites superiores máximos en la aceleración de la evolución cuántica. En particular, estas condiciones se expresan explícitamente en términos de dos vectores reales tridimensionales, el vector de Bloch que corresponde al estado cuántico en evolución y el vector de campo magnético que especifica el hamiltoniano hermítico del sistema. Por razones pedagógicas, ilustramos nuestros hallazgos generales para sistemas cuánticos de dos niveles en ejemplos físicos explícitos caracterizados por configuraciones específicas de campos magnéticos variables en el tiempo. Finalmente, comentamos brevemente sobre la extensión de nuestras consideraciones a sistemas físicos de mayor dimensión en estados cuánticos puros y mixtos.