Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados

Autores
Rus, María Estefanía
Año de publicación
2026
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
versión aceptada
Colaborador/a o director/a de tesis
Gómez, Sergio Santiago
Osenda, Omar
Descripción
Fil: Rus, María Estefanía. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; Argentina.
Fil: Gómez, Sergio Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica; Argentina.
Fil: Osenda, Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
En la actualidad, las tecnologías cuánticas constituyen uno de los ejes centrales del desarrollo tecnológico, con aplicaciones potenciales en computación, comunicación y metrología de alta precisión. En este contexto, los protocolos adiabáticos para el control coherente de sistemas cuánticos juegan un papel fundamental, ya que proporcionan un marco conceptualmente simple en el que la dinámica se reduce a seguir los autoestados instantáneos del Hamiltoniano. Sin embargo, la condición de adiabaticidad exige tiempos de evolución largos, lo que incrementa la exposición del sistema a mecanismos de decoherencia y errores experimentales. Las estrategias de atajos a la adiabaticidad (STA) han surgido como una alternativa para superar estas limitaciones, permitiendo reproducir los resultados de un proceso adiabático en tiempos reducidos sin sacrificar sus ventajas. En esta tesis se aborda el diseño y la implementación de tales estrategias en sistemas nanoestructurados de estado sólido, con el objetivo de acelerar y optimizar dinámicas cuánticas relevantes para aplicaciones tecnológicas. En particular, se consideran dos plataformas de estado sólido de gran relevancia actual: dispositivos de puntos cuánticos creados en heterojunturas semiconductoras y centros nitrógeno–vacancia en diamante. En primer lugar, se estudia la dinámica de un electrón en cadenas lineales de puntos cuánticos semiconductores modeladas mediante Hamiltonianos tipo tight-binding dependientes del tiempo, en las que se diseñan protocolos acelerados para el transporte electrónico coherente de un extremo a otro. El control se implementa a través de campos eléctricos externos con dependencia temporal lineal y cúbica. En este escenario, las estrategias de STA permiten suprimir transiciones no deseadas asociadas a cruces evitados del espectro y optimizar la transferencia de información cuántica. Se obtiene una expresión analítica cerrada para la probabilidad de transferencia, cuya validez se verifica mediante simulaciones numéricas de la dinámica, observándose una excelente concordancia entre ambos resultados. Asimismo, se investigan mecanismos de degradación del transporte coherente acelerado, considerando tanto defectos estructurales en los acoplamientos como la interacción espín–órbita de Rashba. Las imperfecciones en los acoples reducen la probabilidad de transferencia hacia el último sitio de la cadena, mientras que la interacción espín–órbita induce una pérdida de proyección del espín durante la evolución, afectando la coherencia del proceso. Los resultados muestran que el protocolo propuesto mantiene una alta eficiencia frente a valores moderados de estas perturbaciones, evidenciando una mayor robustez en el caso de perfiles temporales cúbicos del campo eléctrico. Por otro lado, se analiza la implementación de un conjunto universal de compuertas cuánticas geométricas en centros nitrógeno–vacancia en diamante, donde el control se realiza mediante campos de microondas dependientes del tiempo diseñados para inducir trayectorias cerradas en la esfera de Bloch y garantizar la acumulación de una fase geométrica bien definida. Luego, con el objetivo de acelerar la operación sin comprometer su naturaleza geométrica, se emplea una técnica de atajos a la adiabaticidad basada en una transformación unitaria hacia una base arbitraria de estados vestidos. La libertad en la elección de dicha base permite diseñar términos correctivos que suprimen transiciones no deseadas y, al mismo tiempo, eliminar la contribución dinámica a la fase total, obteniendo así compuertas puramente geométricas en tiempos reducidos. Se evalúa la fidelidad promedio comparando la evolución acelerada con la dinámica no corregida, y se analiza la robustez frente a errores sistemáticos en los parámetros de control y frente a procesos de decoherencia ambiental. Finalmente, el esquema se extiende a la implementación de compuertas no triviales de dos qubits mediante el acoplamiento hiperfino entre el espín electrónico y un núcleo de carbono cercano, demostrando la viabilidad del protocolo. En general, los resultados obtenidos en este trabajo demuestran la versatilidad de las estrategias de STA como herramientas para el control coherente rápido en diversas plataformas y con diferentes aplicaciones en el área de la información cuántica, aportando elementos clave para el desarrollo de arquitecturas cuánticas más eficientes y escalables.
Materia
Atajos a la adiabaticidad (STA)
Control cuántico
Dinámica cuántica
Sistemas nanoestructurados
Centros nitrógeno–vacancia (NV)
Compuertas cuánticas geométricas
Ciencias físicas
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
Repositorio
Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE)
Institución
Universidad Nacional del Nordeste
OAI Identificador
oai:repositorio.unne.edu.ar:123456789/60963
Acceder
id RIUNNE_2b3679aa66999c5dffcb154f82b156fb
oai_identifier_str oai:repositorio.unne.edu.ar:123456789/60963
network_acronym_str RIUNNE
repository_id_str 4871
network_name_str Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE)
spelling Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructuradosRus, María EstefaníaAtajos a la adiabaticidad (STA)Control cuánticoDinámica cuánticaSistemas nanoestructuradosCentros nitrógeno–vacancia (NV)Compuertas cuánticas geométricasCiencias físicasFil: Rus, María Estefanía. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; Argentina.Fil: Gómez, Sergio Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica; Argentina.Fil: Osenda, Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.En la actualidad, las tecnologías cuánticas constituyen uno de los ejes centrales del desarrollo tecnológico, con aplicaciones potenciales en computación, comunicación y metrología de alta precisión. En este contexto, los protocolos adiabáticos para el control coherente de sistemas cuánticos juegan un papel fundamental, ya que proporcionan un marco conceptualmente simple en el que la dinámica se reduce a seguir los autoestados instantáneos del Hamiltoniano. Sin embargo, la condición de adiabaticidad exige tiempos de evolución largos, lo que incrementa la exposición del sistema a mecanismos de decoherencia y errores experimentales. Las estrategias de atajos a la adiabaticidad (STA) han surgido como una alternativa para superar estas limitaciones, permitiendo reproducir los resultados de un proceso adiabático en tiempos reducidos sin sacrificar sus ventajas. En esta tesis se aborda el diseño y la implementación de tales estrategias en sistemas nanoestructurados de estado sólido, con el objetivo de acelerar y optimizar dinámicas cuánticas relevantes para aplicaciones tecnológicas. En particular, se consideran dos plataformas de estado sólido de gran relevancia actual: dispositivos de puntos cuánticos creados en heterojunturas semiconductoras y centros nitrógeno–vacancia en diamante. En primer lugar, se estudia la dinámica de un electrón en cadenas lineales de puntos cuánticos semiconductores modeladas mediante Hamiltonianos tipo tight-binding dependientes del tiempo, en las que se diseñan protocolos acelerados para el transporte electrónico coherente de un extremo a otro. El control se implementa a través de campos eléctricos externos con dependencia temporal lineal y cúbica. En este escenario, las estrategias de STA permiten suprimir transiciones no deseadas asociadas a cruces evitados del espectro y optimizar la transferencia de información cuántica. Se obtiene una expresión analítica cerrada para la probabilidad de transferencia, cuya validez se verifica mediante simulaciones numéricas de la dinámica, observándose una excelente concordancia entre ambos resultados. Asimismo, se investigan mecanismos de degradación del transporte coherente acelerado, considerando tanto defectos estructurales en los acoplamientos como la interacción espín–órbita de Rashba. Las imperfecciones en los acoples reducen la probabilidad de transferencia hacia el último sitio de la cadena, mientras que la interacción espín–órbita induce una pérdida de proyección del espín durante la evolución, afectando la coherencia del proceso. Los resultados muestran que el protocolo propuesto mantiene una alta eficiencia frente a valores moderados de estas perturbaciones, evidenciando una mayor robustez en el caso de perfiles temporales cúbicos del campo eléctrico. Por otro lado, se analiza la implementación de un conjunto universal de compuertas cuánticas geométricas en centros nitrógeno–vacancia en diamante, donde el control se realiza mediante campos de microondas dependientes del tiempo diseñados para inducir trayectorias cerradas en la esfera de Bloch y garantizar la acumulación de una fase geométrica bien definida. Luego, con el objetivo de acelerar la operación sin comprometer su naturaleza geométrica, se emplea una técnica de atajos a la adiabaticidad basada en una transformación unitaria hacia una base arbitraria de estados vestidos. La libertad en la elección de dicha base permite diseñar términos correctivos que suprimen transiciones no deseadas y, al mismo tiempo, eliminar la contribución dinámica a la fase total, obteniendo así compuertas puramente geométricas en tiempos reducidos. Se evalúa la fidelidad promedio comparando la evolución acelerada con la dinámica no corregida, y se analiza la robustez frente a errores sistemáticos en los parámetros de control y frente a procesos de decoherencia ambiental. Finalmente, el esquema se extiende a la implementación de compuertas no triviales de dos qubits mediante el acoplamiento hiperfino entre el espín electrónico y un núcleo de carbono cercano, demostrando la viabilidad del protocolo. En general, los resultados obtenidos en este trabajo demuestran la versatilidad de las estrategias de STA como herramientas para el control coherente rápido en diversas plataformas y con diferentes aplicaciones en el área de la información cuántica, aportando elementos clave para el desarrollo de arquitecturas cuánticas más eficientes y escalables.Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y AgrimensuraGómez, Sergio SantiagoOsenda, Omar2026info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06info:ar-repo/semantics/tesisDoctoralapplication/pdf119 p.application/pdfRus, María Estefanía, 2026. Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados. Tesis doctoral. Corrientes: Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura.https://repositorio.unne.edu.ar/handle/123456789/60963spainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Argentinareponame:Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE)instname:Universidad Nacional del Nordeste2026-09-24T12:46:41Zoai:repositorio.unne.edu.ar:123456789/60963instacron:UNNEInstitucionalhttp://repositorio.unne.edu.ar/Universidad públicaNo correspondehttp://repositorio.unne.edu.ar/oaiososa@bib.unne.edu.ar;sergio.alegria@unne.edu.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:48712026-09-24 12:46:42.678Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE) - Universidad Nacional del Nordestefalse
dc.title.none.fl_str_mv Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
title Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
spellingShingle Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
Rus, María Estefanía
Atajos a la adiabaticidad (STA)
Control cuántico
Dinámica cuántica
Sistemas nanoestructurados
Centros nitrógeno–vacancia (NV)
Compuertas cuánticas geométricas
Ciencias físicas
title_short Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
title_full Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
title_fullStr Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
title_full_unstemmed Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
title_sort Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados
dc.creator.none.fl_str_mv Rus, María Estefanía
author Rus, María Estefanía
author_facet Rus, María Estefanía
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gómez, Sergio Santiago
Osenda, Omar
dc.subject.none.fl_str_mv Atajos a la adiabaticidad (STA)
Control cuántico
Dinámica cuántica
Sistemas nanoestructurados
Centros nitrógeno–vacancia (NV)
Compuertas cuánticas geométricas
Ciencias físicas
topic Atajos a la adiabaticidad (STA)
Control cuántico
Dinámica cuántica
Sistemas nanoestructurados
Centros nitrógeno–vacancia (NV)
Compuertas cuánticas geométricas
Ciencias físicas
dc.description.none.fl_txt_mv Fil: Rus, María Estefanía. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; Argentina.
Fil: Gómez, Sergio Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica; Argentina.
Fil: Osenda, Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
En la actualidad, las tecnologías cuánticas constituyen uno de los ejes centrales del desarrollo tecnológico, con aplicaciones potenciales en computación, comunicación y metrología de alta precisión. En este contexto, los protocolos adiabáticos para el control coherente de sistemas cuánticos juegan un papel fundamental, ya que proporcionan un marco conceptualmente simple en el que la dinámica se reduce a seguir los autoestados instantáneos del Hamiltoniano. Sin embargo, la condición de adiabaticidad exige tiempos de evolución largos, lo que incrementa la exposición del sistema a mecanismos de decoherencia y errores experimentales. Las estrategias de atajos a la adiabaticidad (STA) han surgido como una alternativa para superar estas limitaciones, permitiendo reproducir los resultados de un proceso adiabático en tiempos reducidos sin sacrificar sus ventajas. En esta tesis se aborda el diseño y la implementación de tales estrategias en sistemas nanoestructurados de estado sólido, con el objetivo de acelerar y optimizar dinámicas cuánticas relevantes para aplicaciones tecnológicas. En particular, se consideran dos plataformas de estado sólido de gran relevancia actual: dispositivos de puntos cuánticos creados en heterojunturas semiconductoras y centros nitrógeno–vacancia en diamante. En primer lugar, se estudia la dinámica de un electrón en cadenas lineales de puntos cuánticos semiconductores modeladas mediante Hamiltonianos tipo tight-binding dependientes del tiempo, en las que se diseñan protocolos acelerados para el transporte electrónico coherente de un extremo a otro. El control se implementa a través de campos eléctricos externos con dependencia temporal lineal y cúbica. En este escenario, las estrategias de STA permiten suprimir transiciones no deseadas asociadas a cruces evitados del espectro y optimizar la transferencia de información cuántica. Se obtiene una expresión analítica cerrada para la probabilidad de transferencia, cuya validez se verifica mediante simulaciones numéricas de la dinámica, observándose una excelente concordancia entre ambos resultados. Asimismo, se investigan mecanismos de degradación del transporte coherente acelerado, considerando tanto defectos estructurales en los acoplamientos como la interacción espín–órbita de Rashba. Las imperfecciones en los acoples reducen la probabilidad de transferencia hacia el último sitio de la cadena, mientras que la interacción espín–órbita induce una pérdida de proyección del espín durante la evolución, afectando la coherencia del proceso. Los resultados muestran que el protocolo propuesto mantiene una alta eficiencia frente a valores moderados de estas perturbaciones, evidenciando una mayor robustez en el caso de perfiles temporales cúbicos del campo eléctrico. Por otro lado, se analiza la implementación de un conjunto universal de compuertas cuánticas geométricas en centros nitrógeno–vacancia en diamante, donde el control se realiza mediante campos de microondas dependientes del tiempo diseñados para inducir trayectorias cerradas en la esfera de Bloch y garantizar la acumulación de una fase geométrica bien definida. Luego, con el objetivo de acelerar la operación sin comprometer su naturaleza geométrica, se emplea una técnica de atajos a la adiabaticidad basada en una transformación unitaria hacia una base arbitraria de estados vestidos. La libertad en la elección de dicha base permite diseñar términos correctivos que suprimen transiciones no deseadas y, al mismo tiempo, eliminar la contribución dinámica a la fase total, obteniendo así compuertas puramente geométricas en tiempos reducidos. Se evalúa la fidelidad promedio comparando la evolución acelerada con la dinámica no corregida, y se analiza la robustez frente a errores sistemáticos en los parámetros de control y frente a procesos de decoherencia ambiental. Finalmente, el esquema se extiende a la implementación de compuertas no triviales de dos qubits mediante el acoplamiento hiperfino entre el espín electrónico y un núcleo de carbono cercano, demostrando la viabilidad del protocolo. En general, los resultados obtenidos en este trabajo demuestran la versatilidad de las estrategias de STA como herramientas para el control coherente rápido en diversas plataformas y con diferentes aplicaciones en el área de la información cuántica, aportando elementos clave para el desarrollo de arquitecturas cuánticas más eficientes y escalables.
description Fil: Rus, María Estefanía. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; Argentina.
publishDate 2026
dc.date.none.fl_str_mv 2026
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
info:ar-repo/semantics/tesisDoctoral
format doctoralThesis
status_str acceptedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv Rus, María Estefanía, 2026. Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados. Tesis doctoral. Corrientes: Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura.
https://repositorio.unne.edu.ar/handle/123456789/60963
identifier_str_mv Rus, María Estefanía, 2026. Estrategias de control superadiabáticas en sistemas nanoestructurados. Tesis doctoral. Corrientes: Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura.
url https://repositorio.unne.edu.ar/handle/123456789/60963
dc.language.none.fl_str_mv spa
language spa
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Argentina
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Argentina
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
119 p.
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura
publisher.none.fl_str_mv Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE)
instname:Universidad Nacional del Nordeste
reponame_str Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE)
collection Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE)
instname_str Universidad Nacional del Nordeste
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE) - Universidad Nacional del Nordeste
repository.mail.fl_str_mv ososa@bib.unne.edu.ar;sergio.alegria@unne.edu.ar
_version_ 1877230505782411264
score 13.265058

Publicaciones similares