Caos en sistemas clásico-cuánticos

Jorge Flores Valdés

Sergio Javier Avero Rodríguez

A escala humana, nos encontramos inmersos en un mundo puramente clásico, donde las ecuaciones de movimiento y trayectorias se pueden controlar y predecir de manera determinista.Sin embargo, este mundo tangible y ordenado deriva de, a priori, el caos de la física cuántica y la estadística.¿Cómo puede evolucionar un sistema cuántico a los sistemas clásicos que acostumbramos a ver en nuestro día a día?Una de las explicaciones más aceptadas en la actualidad es el fenómeno conocido como decoherencia cuántica.En este trabajo nos dedicaremos a estudiar este fenómeno, deduciendo y aplicando la ecuación maestra de evolución temporal para resolver distintos sistemas cuánticos: oscilador armónico, sistema atómico de dos niveles y dos osciladores armónicos acoplados.Todos ellos inmersos en un baño que interactúa con los sistemas pequeños y que origina el fenómeno de decoherencia.Analizaremos la evolución de los elementos del operador densidad de los sistemas mencionados, es decir, se estudiará la evolución de las poblaciones (elementos diagonales) y las coherencias (elementos no diagonales).Éstas últimas son las responsables de la pérdida de las propiedades cuánticas del sistema.

Mason Alexander Porter, Richard L. Liboff

Luis Jiménez-Navajas

El interés por la computación cuántica ha crecido exponencialmente en los últimos años debido a su potencial para influir en un amplio número de tecnologías, potenciando muchas de ellas al tiempo que supone una amenaza para la seguridad de otras. Por consiguiente, esta tecnología tendrá inevitablemente un impacto social. Ciertas organizaciones necesitarán incorporar componentes cuánticos a sus sistemas para mantenerse competitivas. Ejemplos de estos componentes son los algoritmos capaces de resolver problemas que antes eran irresolubles en un tiempo razonable para la computación clásica o los nuevos protocolos de seguridad post- cuánticos, entre muchos otros. Por lo tanto, es probable que el desarrollo de los futuros sistemas de información se vea afectado por este nuevo paradigma de computación. La implementación de componentes cuánticos en los sistemas de información no implica que los sistemas de información actuales (clásicos) vayan a ser sustituidos en su totalidad por sistemas de información totalmente cuánticos. Por el contrario, se producirá una evolución hacia sistemas de información clásicos-cuánticos. Por consiguiente, las organizaciones tendrán que evaluar qué partes de su sistema de información deberán modernizarse con aplicaciones cuánticas y que se integrarán en estos nuevos sistemas de información híbridos. Desafortunadamente, no existen técnicas ni procesos concretos para abordar este reto. Esta tesis doctoral presenta un proceso de modernización de software como solución para migrar los sistemas de información clásicos hacia sistemas de información híbridos. Este proceso se denomina proceso de Modernización del Software Cuántico. Se han realizado adaptaciones de estándares acogidos por la industria como UML y KDM para emplear los principios de ingeniería dirigida por modelos. De esta manera y utilizando los estándares se pueden representar los nuevos componentes cuánticos. Los resultados obtenidos demuestran que el proceso de Modernización del Software Cuántico puede facilitar la integración de programas cuánticos en los sistemas de información clásicos existentes.

Diego Porras, Juan Ignacio Cirac Sasturáin

Santiago Puyol Miano, Jesús Clemente-Gallardo

El presente Trabajo de Fin de Grado aborda el problema fundamental de la dinámica en sistemas híbridos clásico-cuánticos, un área de intersección crucial para diversas ramas de la física y la química. Utilizando como base el formalismo de Koopman-von Neumann (KvN) y su generalización a través del Modelado Dinámico Operacional (ODM), se explora un marco teórico unificado que permite una descripción consistente de la interacción entre grados de libertad clásicos y cuánticos. Mediante la implementación de un modelo numérico de osciladores armónicos acoplados, se investiga la transición entre los regímenes clásico y cuántico, controlada por un parámetro de deformación continuo, κ.