Atalhos para adiabaticidade e aplicações em computação quântica

Abstract

Evolução adiabática é uma poderosa técnica em computação e informação quântica. No entanto, sua performance é limitada pelo teorema adiabático da mecânica quântica. Neste cenário, atalhos para adiabaticidade, tais como concebidos pela teoria superadiabática, constituem uma valiosa ferramenta para acelerar o comportamento quântico adiabático. Nesta dissertação nós introduzimos dois diferentes modelos capazes de realizar computação quântica superadiabática, onde nosso método é baseado no uso de atalhos para adiabaticidade via Hamiltonianos contra-diabáticos. O primeiro modelo mostrado aqui é baseado no uso do teleporte quântico superadiabático, introduzido nessa dissertação, como um primitivo para computação quântica. Dessa forma, nós fornecemos o Hamiltoniano contra-diabático para portas arbitrárias de n qbits. Além disso, nossa abordagem relaciona, por meio de uma simples transformação unitária, o Hamiltoniano contra-diabático para o teleporte de portas arbitrárias de n q-bits com o Hamiltoniano contra-diabático usado para o teleporte de estados de n q-bits. No segundo modelo nós usamos o conceito de evoluções superadiabáticas controladas para mostrar como implementar portas quânticas n-controladas arbitrárias. Notavelmente, essa tarefa pode ser realizada por um simples Hamiltoniano contra-diabático independente do tempo. Ambos os modelos podem ser usados para a implementação de diferentes conjuntos universais de portas quânticas. Nós mostramos que o uso do quantum speed limit (limite de velocidade quântica) sugere que o tempo de evolução superadiabática é compatível com intervalos tempos arbitrariamente pequenos, onde essa arbitrariedade está vinculada ao custo energético necessário para realizar a evolução superadiabática