Estabilizando estados ligados de Majorana em cadeias de Kitaev artificiais através de acoplamentos com reservatórios

• Processo: 25/18261-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2026
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2029
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Miled Hassan Youssef Moussa
• Beneficiário: Rodrigo de Abreu Dourado
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 24/13689-1 - A Construção da Mecânica Quântica dos Hamiltonianos Pseudo-Hermitianos Dependentes do Tempo., AP.R
• Assunto(s): Sistemas quânticos abertos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cadeias de Kitaev | Férmions de Majorana | Pseudo-Hermiticidade | sistemas quânticos abertos | Majorana Fermions and Open Quantum Systems

Resumo

Os principais obstáculos para o funcionamento de computadores quânticos são o ruído quântico e a decoerência dos estados quânticos devido ao acoplamento dos qubits com o ambiente. Uma rota teorizada para alcançar a computação quântica tolerante a falhas é a implementação de qubits topológicos com Estados Ligados de Majorana (MBSs), que seriam, em princípio, robustos contra ruídos locais e livres de decoerência. A abordagem experimental mais promissora para construir qubits de Majorana envolve a engenharia de cadeias de Kitaev artificiais utilizando arranjos curtos de pontos quânticos semicondutores-supercondutores. No entanto, os MBSs nesse contexto existem apenas em pontos discretos no espaço de parâmetros, tornando a implementação prática muito menos robusta do que o modelo topológico teorizado. Este projeto visa aproveitar os acoplamentos do sistema com reservatórios para aprimorar as características de cadeias de Kitaev artificiais e qubits de Majorana, com foco na robustez contra flutuações de parâmetros, no gap de excitação e nos tempos de decoerência. Nossa abordagem principal envolverá o regime não-Hermitiano, acessado ao integrar os graus de liberdade dos reservatórios para obter Hamiltonianos efetivos não-Hermitianos. A partir disso, o sistema pode ser conduzido a Pontos Excepcionais (EPs), isto é, bifurcações no plano complexo onde surgem fenômenos intrigantes, como a parte real da energia das excitações sendo fixada em zero e um aumento no tempo de vida das quasi-partículas. Utilizando essa estrutura, aplicaremos conceitos da óptica quântica nos quais sistemas dissipativos e interagentes podem gerar subespaços livres de decoerência, protegendo estados quânticos da injeção de ruído vinda dos reservatórios. Além disso, investigaremos o comportamento dos MBSs em cadeias de Kitaev artificiais mínimas (de 2 sítios) no contexto de sistemas abertos, com o objetivo de melhorar sua estabilidade por meio de EPs. Por fim, uma abordagem dependente do tempo nos permitirá examinar a influência dos reservatórios na manipulação dos MBSs, com foco nos tempos de decoerência, bem como na implementação de protocolos de entrelaçamento (braiding) e fusão no limite não-Hermitiano. A realização de cadeias de Kitaev artificiais está atualmente em intenso desenvolvimento, e nossa proposta de explorar o acoplamento com reservatórios para melhorar suas propriedades pode orientar futuros esforços experimentais na área. (AU)