Sistemas híbridos estocásticos en el análisis de sistemas cuánticos: el experimento de Haroche

• Molina, Aitor ^[1] ; Baños, Alfonso ^[1] ; Mulero, Juan Ignacio ^[2]
  1. [1] Universidad de Murcia

     Universidad de Murcia

     Murcia, España

     
  2. [2] Universidad Politécnica de Cartagena

     Universidad Politécnica de Cartagena

     Cartagena, España

     
• Localización: Jornadas de Automática, ISSN-e 3045-4093, Nº. 46, 2025
• Idioma: español
• DOI: 10.17979/ja-cea.2025.46.12206
• Títulos paralelos:
  • Stochastic hybrid systems in the analysis of quantum systems: the Haroche experiment
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• Resumen
  • español

    Los sistemas híbridos deterministas y estocásticos permiten modelar dinámicas que combinan evolución continua y saltos discretos, como ocurre en los sistemas cuánticos abiertos. En este trabajo se propone una formalización híbrida del experimento de Haroche, donde una cavidad cuántica con fotones interactúa con qubits que son inyectados y medidos de forma periódica. El modelo captura la dinámica de la cavidad mediante ecuaciones maestras de Lindblad, y los saltos asociados a las decisiones de inyección y medición a través de operadores cuánticos. A partir de una herramienta de simulación diseñada en MATLAB/Simulink, se estudia el sistema desde el punto de vista entrada-salida, introduciendo señales clásicas en teoría de control y se estudia la influencia en la salida del mismo. Finalmente, se estudia la estimación del número medio de fotones en el sistema a través de interacción con qubits. El estudio permite explorar propiedades como la estabilidad, la sensibilidad a la excitación y la controlabilidad de sistemas cuánticos.

  • English

    Deterministic and stochastic hybrid systems allow for modeling dynamics that combine continuous evolution with discrete jumps, as is the case of open quantum systems. This work proposes a hybrid formalization of the Haroche experiment, where a photon-field quantum cavity interacts with qubits that are periodically injected and measured. The model captures the cavity’s dynamics through Lindblad master equations, and the jumps associated with injection and measurement decisions via quantum operators. Using a simulation tool developed in MATLAB/Simulink, the system is studied from an input-output perspective, applying classical signals in control theory. Finally, an approach to estimate the number of photons in the cavity via qubit interaction is studied. This study enables the exploration of key properties such as stability, excitation sensitivity, and controllability in quantum systems.

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