A existência de Correlações Quânticas de Caráter Geral (CQCGs) - discórdia e coerência quântica, baseadas em argumentos entrópicos e geométricos, tem sido extensamente investigada e caracterizada nas últimas décadas. Estudar o efeito dinâmico da decoerência sobre estas medidas é um ponto chave em teoria de informação quântica, já que fenômenos de mudança súbita (sudden-change) e congelamento (freezing) na dinâmica das CQCGs podem ser úteis na exploração destes recursos. Do ponto de vista experimental, spins nucleares se apresentam como excelentes candidatos para testar fenômenos relacionados às CQCGs, tendo em vista a sua fácil manipulação através do método de Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Além disso, neste contexto, os spin nucleares estão naturalmente sujeitos a ambientes bem caracterizados pelos canais de atenuação de fase (PD) e atenuação de amplitude generalizada (GAD). A proposta deste trabalho consiste em, a partir de uma revisão teórica dos desenvolvimentos na área de caracterização da decoerência das CQCGs, fornecer provas experimentais destas previsões empregando-se o método de RMN. O foco do trabalho se baseia em estados Bell diagonais (sistemas de 2 q-bits), ou, para casos mais gerais, em estados MN3 . Primeiramente, investigamos o fenômeno de duplo sudden-change em dois sistemas distintos de 2 q-bits, mas cada um sujeito ao efeito de um dos canais de atenuação: PD ou GAD. Estes sistemas permitiram a observação do aparecimento da base ponteiro quando o canal PD atua sobre o sistema. Em segundo lugar, as condições para o aparecimento do fenômeno de freezing são investigadas para sistemas contendo 2, 3 e 4 q-bits, todos associados à spins nucleares distintos e sujeitos a canais de PD independentes. O fenômeno de freezing foi observado nos casos de sistemas com número par de q-bits. Para medidas de dicórdia quântica, o freezing permanece constante por um período de tempo determinado pelas características do estado inicial, já para medidas de coerência, o freezing se mantém por tempo indeterminado. Todos estes resultados estão de acordo com as previsões teóricas encontradas na literatura. Com o objetivo de generalizar estes resultados, demonstramos ainda que estados Bell diagonais fornecem um limite inferior para a coerência presente em estados mais gerais. / Recently, the different formulations of General Quantum Correlations (GQCs) - quantum discord and quantum coherence, based on entropic and geometric arguments, have been extensively investigated and characterized. Following their behavior under decoherence is one of the remarkable points in quantum information theory, as the presence of surprisingly phenomena like sudden-change and freezing can be useful to exploit those resources. From the experimental side, nuclear spins appear as excellent candidates to test benching GQCs related phenomena, since they are easily manipulated by the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) method and, in this context, are naturally subject to well characterized environments equivalent to Phase Damping (PD) and Generalized Amplitude Damping (GAD) Channels. Our proposal here is, after an overview of theoretical developments in GQCs decoherence characterization, provide experimental proofs through NMR. All the characterization is made for Bell diagonal states (2 qubit systems), or, in more general cases, for MN3 states. First of all, the double sudden-change phenomenon is investigated in two different 2 qubit systems, each one affected by PD and GAD separately. This allowed the observation of the pointer basis emergence in the PD case, as theoretically predicted. Second, the freezing phenomenon appearence conditions are investigated in 2, 3 and 4 qubit systems, where heteronuclear molecules were employed as setup and independent PD channels act on. The freezing phenomenon is experimentally observed in systems with an even number of qubits. For discord-like measures, the freezing remains constant an amount of time determined by the initial state, however in the coherence-like case it endures forever. All those results agree with the theoretical predictions. To generalize those results, it was also proved that Bell diagonal states provide a lower bond of coherence to general states that are characterized for the same correlation triple.

A existência de Correlações Quânticas de Caráter Geral (CQCGs) - discórdia e coerência quântica, baseadas em argumentos entrópicos e geométricos, tem sido extensamente investigada e caracterizada nas últimas décadas. Estudar o efeito dinâmico da decoerência sobre estas medidas é um ponto chave em teoria de informação quântica, já que fenômenos de mudança súbita (sudden-change) e congelamento (freezing) na dinâmica das CQCGs podem ser úteis na exploração destes recursos. Do ponto de vista experimental, spins nucleares se apresentam como excelentes candidatos para testar fenômenos relacionados às CQCGs, tendo em vista a sua fácil manipulação através do método de Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Além disso, neste contexto, os spin nucleares estão naturalmente sujeitos a ambientes bem caracterizados pelos canais de atenuação de fase (PD) e atenuação de amplitude generalizada (GAD). A proposta deste trabalho consiste em, a partir de uma revisão teórica dos desenvolvimentos na área de caracterização da decoerência das CQCGs, fornecer provas experimentais destas previsões empregando-se o método de RMN. O foco do trabalho se baseia em estados Bell diagonais (sistemas de 2 q-bits), ou, para casos mais gerais, em estados MN3 . Primeiramente, investigamos o fenômeno de duplo sudden-change em dois sistemas distintos de 2 q-bits, mas cada um sujeito ao efeito de um dos canais de atenuação: PD ou GAD. Estes sistemas permitiram a observação do aparecimento da base ponteiro quando o canal PD atua sobre o sistema. Em segundo lugar, as condições para o aparecimento do fenômeno de freezing são investigadas para sistemas contendo 2, 3 e 4 q-bits, todos associados à spins nucleares distintos e sujeitos a canais de PD independentes. O fenômeno de freezing foi observado nos casos de sistemas com número par de q-bits. Para medidas de dicórdia quântica, o freezing permanece constante por um período de tempo determinado pelas características do estado inicial, já para medidas de coerência, o freezing se mantém por tempo indeterminado. Todos estes resultados estão de acordo com as previsões teóricas encontradas na literatura. Com o objetivo de generalizar estes resultados, demonstramos ainda que estados Bell diagonais fornecem um limite inferior para a coerência presente em estados mais gerais. / Recently, the different formulations of General Quantum Correlations (GQCs) - quantum discord and quantum coherence, based on entropic and geometric arguments, have been extensively investigated and characterized. Following their behavior under decoherence is one of the remarkable points in quantum information theory, as the presence of surprisingly phenomena like sudden-change and freezing can be useful to exploit those resources. From the experimental side, nuclear spins appear as excellent candidates to test benching GQCs related phenomena, since they are easily manipulated by the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) method and, in this context, are naturally subject to well characterized environments equivalent to Phase Damping (PD) and Generalized Amplitude Damping (GAD) Channels. Our proposal here is, after an overview of theoretical developments in GQCs decoherence characterization, provide experimental proofs through NMR. All the characterization is made for Bell diagonal states (2 qubit systems), or, in more general cases, for MN3 states. First of all, the double sudden-change phenomenon is investigated in two different 2 qubit systems, each one affected by PD and GAD separately. This allowed the observation of the pointer basis emergence in the PD case, as theoretically predicted. Second, the freezing phenomenon appearence conditions are investigated in 2, 3 and 4 qubit systems, where heteronuclear molecules were employed as setup and independent PD channels act on. The freezing phenomenon is experimentally observed in systems with an even number of qubits. For discord-like measures, the freezing remains constant an amount of time determined by the initial state, however in the coherence-like case it endures forever. All those results agree with the theoretical predictions. To generalize those results, it was also proved that Bell diagonal states provide a lower bond of coherence to general states that are characterized for the same correlation triple.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Quantum Coherence (QC) has a fundamental role in Quantum Mechanics (QM). It has been studied since the emergence of QM. However, this quantum feature is easily destroyed when a physical system interacts with the environment. Also, recently the quantum coherence has been highlighted because of the possibility of using its as a resource in the Quantum Information Science (QIS). In this work we study the QC flow of a qubit (two-level system) interacting with the environment modeled by quantum channels of noise that are very common in QIS. These channels represent some physical systems and are widely used for error correction studies. We calculate the QC by the l1-norm, doing this for the different channels seeking to relate it to the entanglement, which is also another key topic in QM. We note that in the amplitude damping channel the total QC is equal to the sum of the local and non-local parts and that the non-local part is equivalent to entanglement. For the phase damping channel, entanglement does not cover all non-local QC. Here there is a gap between them that may depend on the time and on the initial state. Besides, for the bit, phase, and bit phase flip channels the possibility and the conditions for invariance of QC are considered. Also, we notice that for the depolarizing channel we can use the qubit as a catalyst for the creation of non-local QC and entanglement. We, as well, observed that even initial states incoherent can lead to transient quantum coherence between system and environment. We also showed that the emergence of entanglement does not necessarily imply the destruction of QC. Furthermore, we investigated whether QC is lost or changed into other types of correlations and besides which initial conditions allow making quantum coherence robust to decoherence. / A Coerência Quântica (CQ) tem aspecto fundamental na Mecânica Quântica (MQ), ela é estudada desde o surgimento da MQ todavia, a CQ é uma característica que é facilmente destruída quando um sistema físico interage com o meio ambiente. Além disso, recentemente a coerência quântica tem tido destaque devido a possibilidade de sua utilização como um recurso na Ciência da Informação Quântica (CIQ). Nesse trabalho estudamos o fluxo de CQ de um qubit (sistema de dois níveis) interagindo com o ambiente modelado por canais quânticos de ruído que são muito comuns em CIQ. Esses canais representam alguns sistemas físicos e são amplamente utilizados para o estudo de correção de erros, por exemplo. Calculamos a CQ baseados na norma-l1 para os diferentes canais buscando relacioná-la com o emaranhamento, que também é outro tópico fundamental em MQ. Notamos que para o canal amplitude damping a CQ total é igual a soma das partes local e não-local e que a parte não-local equivale ao emaranhamento. Para o canal phase damping o emaranhamento não abrange toda a CQ não-local, existindo uma lacuna entre eles que pode depender do tempo e do estado inicial. Além disso, para os canais bit, phase e bit phase flip são consideradas a possibilidade e condições para invariância da CQ. Ainda notamos que para o canal depolarizing podemos usar o qubit como um catalisador para a criação de CQ e de emaranhamento. Observamos ainda que mesmo estados iniciais incoerentes podem levar à criação de coerência quântica transitória entre sistema e ambiente. Vimos também que o surgimento do emaranhamento não implica necessariamente na diminuição da CQ do qubit. Investigamos ainda se a CQ é perdida ou transformada em outros tipos de correlações e também quais condições iniciais possibilitam tornar a coerência quântica mais robusta.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Repeatedly in the field of Quantum Information Science (QIS) it’s essentially required of physical systems the quantification concerning its quantum phenomena, such as Quantum Coherence (QC) relying in quantum superposition states. Hereafter several quantifiers of QC have been proposed over the years through distance measures in quantum state spaces, called distinguishability measures, playing an important role in QIS correlation phenomena such as Discord and Entanglement with Quantum Cryptography implementation, as example. The aim of this dissertation is to extend the research of QC, published by Jonas Maziero in an article, performing an in-depth analysis regarding the control of local and non-local aspects of Hilbert-Schmidt Coherence (HSC) in multipartite systems and its relations with others QC quantifiers, as well as an analisys of a possible Hilbert-Schmidt Distance (HSD) implication in QC functions over the Non-Monotonicity under Tensor Products (NMuTP) inequality and of limitations between Coherence of state populations and energy. Starting from the generic multipartite state of level quantum energy systems (qudit), defined from the Bloch parameterization, calculations of QC functions concerning its particular cases are considered for 1-qubit, 2-qubit, 1-qutrit and two copies of 1-qubit adopting HSD. Writing the HSC function for the latter case in terms of its local and non-local parts and from the result of 1-qubit it is possible, by manipulating the difference between local populations, to infer a non-local implication in the HSC for that system, in contrast to what has been seen by adopting distinct dissimilarity measures for this function, named l1- Norm Distance and Relative Entropy Distance, cases where there are no implications and where there is a direct consequence with their local populations instead of the previously difference between them, respectively. Notwithstanding, HSD usage provides a description of an awkward relation in QIS towards NMuTP, and a possible implication of that kind of relation in QIS emergent phenomena such as QC function. / Reiteradamente no contexto da Ciência da Informação Quântica (CIQ) é essencialmente necessária a quantificação de sistemas físicos com respeito aos seus fenómenos quânticos, tais como a Coerência Quântica (CQ) intrínseca a estados com superposição quântica. Doravante algumas funções quantificadoras de CQ foram atribuídas ao longo dos anos através de medidas de distância em espaços de estados quânticos, denominadas medidas de dissimilaridade, desempenhando papel importante em fenômenos de correlação na CIQ, tal como Discórdia e Emaranhamento com implementação em Criptografia Quântica, por exemplo. O objetivo desta dissertação é estender a pesquisa dedicada a CQ, publicada em artigo por Jonas Maziero, efetuando uma análise aprofundada com respeito ao controle dos aspectos local e não-local da Coerência de Hilbert-Schmidt (CHS) em sistemas multipartidos e suas relações com outras funções quantificadoras de CQ, bem como a investigação de uma possível implicação da Distância de Hilbert-Schmidt (DHS) na função CQ frente a relação da Não-Monotonicidade sobre o Produto Tensorial (NMsPT) e de limitações entre Coerência e populações de estados e energia. Partindo do estado multipartido genérico de sistemas quânticos com níveis de energia (qudit), definido a partir da parametrização de Bloch, calculamos a função CQ para seus respectivos casos particulares 1-qubit, 2-qubit, 1-qutrit e duas cópias de 1-qubit adotando a DHS. Escrevendo a função CHS para este último caso em termos de suas partes local e não-local e do resultado para 1-qubit é possível, manipulando a diferença entre as populações locais, inferir uma implicação não-local na CHS para este sistema, em contraste ao que se observa adotando distintas medidas de dissimilaridade para esta função, denominadas Distância Norma-l1 e Distância Entropia Relativa, nos casos em que não há implicação e onde há consequência direta com suas populações locais do que anteriormente a diferença entre elas, respectivamente. Não obstante, o emprego da DHS proporciona o caráter de uma estranha relação na CIQ através da NMsPT, e uma possível implicação desta relação em fenômenos emergentes da CIQ tal qual a função CQ.

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:43:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_AntonioAugusto_M.pdf: 2924266 bytes, checksum: 4d4a9d494dd74748d57e8bd6dbe14108 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Mestrado / Física / Mestre em Física