Fuente verificadaNivel 3

Oscilación de Rabi

La oscilación de Rabi es el vaivén sinusoidal de la población de un qubit entre |0⟩ y |1⟩ bajo excitación resonante: P₁(t) = sin²(Ωt/2). Su primer pico define el pulso π — la puerta NOT (X) calibrada.

Qué significa

Excita un qubit con un pulso de microondas exactamente en resonancia con su transición 0→1 y la población no deriva simplemente hacia |1⟩ — oscila.La probabilidad de medir |1⟩ sigue P₁(t) = sin²(Ωt/2), donde la frecuencia de Rabi Ω es proporcional a la amplitud de excitación: empuja más fuerte y la oscilación se acelera.Esto convierte la oscilación de Rabi en el caballo de batalla de la calibración de puertas.Prepara el qubit en |0⟩, barre la amplitud o la duración del pulso, grafica el P(1) medido, y aparece una sinusoide; el primer máximo es el pulso π — el par amplitud-duración que voltea completamente |0⟩ a |1⟩, es decir, una puerta NOT (X) perfectamente calibrada.Ese par se guarda como datos de calibración, junto con la frecuencia de transición hallada por espectroscopía, y la fase del pulso selecciona entonces el eje de rotación (0° da X, 90° da Y).Como la fabricación hace que cada qubit sea ligeramente distinto y sus propiedades derivan con el tiempo y la temperatura, el pulso π debe reencontrarse periódicamente repitiendo el experimento de Rabi — la puerta X no es una pieza fija de hardware, sino una calibración mantenida continuamente.

Analogía cotidiana

Es como empujar un columpio exactamente al ritmo correcto: empuja al compás de la frecuencia propia del columpio y cada empujón se suma — el columpio sube más y más alto, y luego vuelve a bajar, en un ciclo suave. Excita un qubit en resonancia y la probabilidad de encontrarlo en |1⟩ oscila sinusoidalmente de la misma manera al variar la fuerza o la duración del empuje. Detente exactamente en el primer pico y habrás volteado 0 a 1 por completo — ese primer pico es el pulso π, una puerta NOT (X) perfecta.
Rabi es el nombre de una persona: el físico estadounidense Isidor Rabi ganó el Premio Nobel por su trabajo en resonancia magnética, en el que sistemas de dos niveles oscilan entre estados bajo excitación resonante. Y «pulso» viene del latín pulsus, «latido, pulso del corazón» — una palabra de acertada resonancia biológica para los breves toques rítmicos de energía de microondas que hacen columpiarse el estado de un qubit.

Errores comunes

  • Un pulso π de Rabi NO es una propiedad fija del hardware — la puerta X es solo un pulso bien calibrado. Su amplitud y duración correctas derivan con el tiempo y la temperatura, y deben reencontrarse repitiendo el experimento de Rabi.
  • El pulso π de un qubit NO funciona en su vecino — la fabricación hace de cada qubit un copo de nieve, con frecuencia, anarmonicidad y acoplamiento ligeramente distintos: el pulso NOT de Q1 no es el pulso NOT de Q2.

Puntos clave

  • En resonancia, P₁(t) = sin²(Ωt/2): la probabilidad del estado excitado oscila sinusoidalmente, y la frecuencia de Rabi Ω es proporcional a la amplitud de excitación — empujar más fuerte es oscilar más rápido.
  • El primer máximo de la oscilación de Rabi es el pulso π: el par amplitud-duración que voltea completamente |0⟩ a |1⟩ — una puerta NOT (X) calibrada, guardada como datos de calibración.
  • Rabi forma parte de una pila de calibración secuencial: la espectroscopía encuentra la frecuencia del qubit, Rabi encuentra el pulso π, Ramsey refina fase/frecuencia y mide T2 — y la pila se vuelve a ejecutar porque todo deriva.
  • La fase del pulso elige el eje de rotación en la esfera de Bloch: 0° da una rotación X, 90° da Y.

Comprueba tu comprensión

En un experimento de calibración de Rabi barres la amplitud o la duración de la excitación y graficas P(1). ¿Qué te da el primer pico de la sinusoide resultante?

  1. A.La frecuencia de resonancia del qubit
  2. B.El tiempo de relajación T1
  3. C.Los parámetros del pulso π — una puerta NOT (X) calibrada
  4. D.La fidelidad de lectura
Ver la respuesta

Respuesta: C. Los parámetros del pulso π — una puerta NOT (X) calibrada

Por qué: El primer máximo de P(1) marca el par amplitud-duración que voltea completamente |0⟩ a |1⟩. Ese par define el pulso π, es decir, la puerta X calibrada. La frecuencia viene de la espectroscopía, y T1 de un experimento de decaimiento aparte.

Para una excitación resonante, P₁(t) = sin²(Ωt/2). Si duplicas la amplitud de excitación, ¿qué ocurre?

  1. A.Nada — Ω es una propiedad fija del qubit
  2. B.La oscilación se hace más lenta
  3. C.Ω se duplica, la población oscila el doble de rápido y el pulso π se acorta
  4. D.El qubit abandona inmediatamente el subespacio |0⟩,|1⟩
Ver la respuesta

Respuesta: C. Ω se duplica, la población oscila el doble de rápido y el pulso π se acorta

Por qué: La frecuencia de Rabi es proporcional a la amplitud de excitación, así que duplicar la amplitud duplica Ω — la misma rotación se completa en la mitad del tiempo. (En la práctica, pulsos muy fuertes y cortos ensanchan el espectro y elevan el riesgo de fuga.)

Se apoya en

QubitEsfera de Bloch

Fuente primaria: I. I. Rabi, Space Quantization in a Gyrating Magnetic Field, Phys. Rev. 51, 652 (1937), doi:10.1103/PhysRev.51.652

Rabi oscillation physics per Rabi 1937; transmon calibration protocol per Krantz 2019 SIV.

Apréndelo con la práctica

Este concepto forma parte de un plan de 46 niveles, con un simulador interactivo y Lumen, un tutor cuyas respuestas se verifican antes de mostrarse. Los niveles 1–5 son gratuitos.

Empezar gratisVer el plan de estudios