Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-03-16T19:23:13Z No. of bitstreams: 1 Tese_rdsilva_final.pdf: 10087516 bytes, checksum: d388e8ea89e24003b63d88b1aa7ea4a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T19:23:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_rdsilva_final.pdf: 10087516 bytes, checksum: d388e8ea89e24003b63d88b1aa7ea4a4 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this thesis I study the one-way quantum computation (1WQC) model and some applications of the different ways of translating 1WQC algorithms into the circuit model. In a series of recent results, different sets of conditions for implementing a computation deterministically in the one-way model have been proposed, each of them with their own properties. Some of those sets of conditions - generically known as flow conditions - try to explore the distinct parallel power of the 1WQC model, by increasing the number of operations that can be performed simultaneously. Here I contribute to this line of research by defining a new type of flow, which I call the signal-shifted flow (SSF), which has an interesting parallel structure that equals that of a depth-optimal flow.I also introduce a new framework for translating 1WQC algorithms into the circuit model. This translation preserves not only the computation performed but also some features of the 1WQC algorithm design. Within this framework I give two algorithms, each implementing a different translation procedure: the first gives compact (in space use) circuits for Regular Flow one-way computations, and the second does the same for SSF one-way computations. As an application of the SSF translation procedure, I combine it with other translation and optimization techniques to give an automated quantum circuit optimization procedure. This procedure is based on back-and-forth translation between the 1WQC and the circuit model, using 1WQC techniques to time-optimize computations in the circuit model. In the second part of this thesis, I use 1WQC tools to analyze quantum circuits interacting with closed timelike curves (CTCs). I do so by translating to the 1WQC model CTC-assisted circuits, and then showing that in some cases they can be shown to be equivalent to time-respecting circuits. The predictions obtained in those cases are exactly those of the quantum CTC model based on post-selected teleportation, proposed by Bennett, Schumacher and Svetlichny (BSS). This enabled us to show that the BSS model for quantum CTCs makes predictions which disagree with those of the highly influential CTC model proposed by David Deutsch. / Nesta tese eu estudo o modelo de computação quântica baseada em medições (CQBM) e algumas aplicações das diferentes maneiras de traduzir algoritmos de CQBM para o modelo de circuitos. Em uma série de resultados recentes, vários conjuntos de condições para implementar uma computação deterministicamente no modelo de CQBM têm sido propostas, cada um deles com diferentes propriedades. Alguns desses conjuntos de condições - genericamente conhecidos como condições de fluxo (flow) - tentam explorar o poder de paralelização do modelo de CQBM, aumentando o número de operações que podem ser realizadas simultaneamente. Aqui eu contribuo para essa linha de pesquisa definindo um novo tipo de fluxo, chamado fluxo de sinal deslocado (FSD), que tem uma estrutura paralela interessante que se iguala ao de um fluxo ótimo, do ponto de vista temporal. Eu também introduzo um novo sistema para traduzir algoritmos de CQBM para o modelo de circuitos. Esta tradução preserva não só a computação, mas também outras características de algoritmos em CQBM. Usando esse sistema eu desenvolvo dois algoritmos, cada um capaz de executar um procedimento de tradução diferente: o primeiro obtém circuitos compactos a partir de computações com fluxo regular, e o segundo faz o mesmo para computações com FSD. Como uma aplicação do procedimento de tradução de computações com FSD, eu combino esse procedimento com outras técnicas de tradução e otimização para desenvolver um procedimento automático de otimização de circuitos quânticos. Esse procedimento é baseado em traduções nos dois sentidos entre os modelos de CQBM e de circuitos, usando técnicas de CQBM para otimizar circuitos quânticos Na segunda parte desta tese, eu uso ferramentas do modelo de CQBM para analisar circuitos quânticos interagindo com curvas temporais fechadas (CTFs). Essa análise é feita traduzindo circuitos interagindo com CTFs para o modelo de CQBM e em seguida mostrando que, em alguns casos, esses circuitos podem ser transcritos como circuitos sem CTFs que realizam a mesma computação. As predições obtidas nesses casos são exatamente as mesmas daquelas obtidas usando o modelo para estudar CTFs proposto por Bennett, Schumacher e Svetlichny (BSS). Isso nos permitiu mostrar que o modelo BSS para CTFs faz predições que não concordam com aquelas dadas pelo influente modelo de CFTs proposto por David Deutsch.

BARBOSA, Daniel Felinto Pires, também é conhecido em citações bibliográficas por: FELINTO, Daniel / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-29T19:41:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Luis Gustavo Ortiz Gutiérrez.pdf: 7409814 bytes, checksum: 6031bca937dece770fe2133aeff264d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-10T22:31:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Luis Gustavo Ortiz Gutiérrez.pdf: 7409814 bytes, checksum: 6031bca937dece770fe2133aeff264d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T22:31:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Luis Gustavo Ortiz Gutiérrez.pdf: 7409814 bytes, checksum: 6031bca937dece770fe2133aeff264d4 (MD5) Previous issue date: 2017-07-17 / FACEPE / The ability to coherently manipulate quantum systems enables a wide range of applications in the field of quantum information. In this thesis we are going to address two applications of quantum interaction between light and an atomic medium. First, in the case of a single charged atom (ion), we propose a set of logical gates for quantum computation. Second, we use a macroscopic ensemble of neutral atoms as quantum memory for the storage of quantum entanglement to be used in fundamental studies of the process of superradiance. The first part of this thesis is a theoretical work with experimental perspectives. The traditional platform for the development of quantum computing with a chain of ions confined in a Paul trap is based on the model introduced in 1995 by Cirac and Zoller (CZ). In this model the electronic levels describe the qubits and the collective vibrational modes act as mediators between the qubits. In order to help mitigate the problems of scalability, we have proposed a new architecture that is a true reversal of the CZ scheme. Our approach consists in using the internal degrees of freedom of a single ion as a mediator (bus) and harnessing the motion of ions as the unit of quantum information, which leads us to a continuous variables picture of the problem. In addition we developed a toolbox of quantum operations complete enough to achieve computational universality. In the second part of the thesis, we develop a study not only theoretical but also experimental using quantum memories in an atomic ensemble. The idea here is to use a set of atoms to store quantum information over a certain period of time. This stored information is originally packaged in a collective atomic mode, which could subsequently be extracted on demand in a light field, presenting non-classical correlations with a previously detected heralding field. The atomic medium used is a cloud of cold Rubidium atoms obtained from a magnetooptical trap, when the trap is off. The generation of photon pairs, correlated through interaction with the atoms, is done by implementing a "write-read" scheme inspired by the Duan-Lukin-Cirac-Zoller protocol for long-distance quantum communication. A characteristic of the photons that mediate these interactions is that they are narrowband enough to allow a direct study of the temporal shape of their wave packet. Through the analysis and theoretical modeling of this wave packet, we investigate the dynamics of extraction of the quantum information stored in the quantum memory of the atomic ensemble. We report an experimental finding of non-classical characteristics of superradiance by implementing the process not only with a single excitation, but also with two-photon Fock states. Specifically, this work presents the experimental measurement and the theoretical modeling of wave packets in both single-photon and two-photon superradiance regimes. This new step opens the way for the study of interactions between collective quantum memories and light modes in a regime of higher-order components of the electromagnetic field. / A capacidade de manipular coerentemente os sistemas quânticos permite uma ampla gama de aplicações no campo da informação quântica. Nesta tese vamos abordar duas aplicações da interação quântica entre luz e um meio atômico. Primeiro, no caso de um único átomo carregado (íon), propomos um conjunto de portas lógicas para a computação quântica. Em segundo lugar, usamos um ensemble macroscópico de átomos neutros como memória quântica para o armazenamento de emaranhamento quântico a fim de ser usado em estudos fundamentais do processo de superradiância. A primeira parte desta tese é um trabalho teórico com perspectivas experimentais. A plataforma tradicional para o desenvolvimento da computação quântica com uma cadeia de íons aprisionados em uma armadilha de Paul é baseada no modelo introduzido em 1995 por Cirac e Zoller (CZ). Neste modelo os níveis eletrônicos descrevem os qubits e os modos vibracionais coletivos atuam como mediadores entre os qubits. Para ajudar a mitigar os problemas de escalabilidade, temos proposto uma nova arquitetura que é uma verdadeira inversão do esquema CZ. Nossa abordagem consiste em usar os graus de liberdade internos de um único íon como um mediador (bus) e aproveitar o movimento dos íons como a unidade de informação quântica, o que nos leva a um quadro de variáveis contínuas do problema. Além disso, desenvolvemos uma caixa de ferramentas de operações quânticas completa o suficiente para alcançar a universalidade computacional. Na segunda parte da tese, desenvolvemos um estudo não só teórico, mas também experimental usando memórias quânticas em um ensemble atômico. A ideia aqui é usar um conjunto de átomos para armazenar informação quântica durante um certo período de tempo. Esta informação armazenada é originalmente anunciada por um modo atômico coletivo, o qual poderia ser posteriormente extraído ‘a pedido’ em um campo de luz, apresentando correlações não clássicas com um campo ‘anunciante’ previamente detectado. O meio atômico é uma nuvem de átomos frios de Rubídio obtida a partir de uma armadilha magneto-óptica, quando a armadilha está desligada. A geração de pares de fótons, correlacionados através da interação com os átomos, é feita através da implementação de um esquema de “escrita-leitura” inspirado no protocolo Duan-Lukin-Cirac-Zoller para comunicação quântica de longa distância. Uma característica dos fótons que mediam essas interações é que eles são banda estreita o suficiente para permitir um estudo direto da forma temporal de seu pacote de onda. Através da análise e modelagem teórica deste pacote de onda, investigamos a dinâmica de extração da informação quântica armazenada na memória quântica do ensemble atômico. Reportamos um achado experimental das características não-clássicas da superradiância, implementando o processo não apenas com uma única excitação, mas também com estados de Fock de dois fótons. Especificamente, este trabalho apresenta a medição experimental e a modelagem teórica de pacotes de onda em ambos os regimes de superradiância, de um único fóton e dois fótons. Este novo passo abre o caminho para o estudo das interações entre memórias quânticas coletivas e modos de luz em um regime de componentes de mais alta ordem do campo eletromagnético.

Made available in DSpace on 2018-08-01T21:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_5338_.pdf: 1942997 bytes, checksum: b1711de136b8a9e7ebce1118ca739ffd (MD5) Previous issue date: 2011-05-13 / A Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de alto campo é um dos mais viáveis mecanismos para implementar Computação Quântica (CQ) em pequena escala. Esse fato motiva o estudo de outras técnicas de ressonância magnética com esse mesmo objetivo. Neste trabalho mostra-se, através do uso extensivo de simulações numéricas, como a técnica da Ressonância de Quadrupolo Nuclear (RQN) pode ser utilizada para realização de tarefas básicas de CQ. Especificamente, apresenta-se uma proposta concreta para representar estados de 2 e 3 q-bits, obtidos, respectivamente, a partir de sistemas de spin 3/2 e 7/2, submetidos a uma interação quadrupolar pura devido a um radiente de campo elétrico com simetria axial. Para o caso do spin 3/2, apresenta-se também um método de tomografia de estado quântico que utiliza duas bobinas cruzadas para detecção dos sinais. Devido à similaridade entre as técnicas de RQN e RMN, muitos procedimentos para obtenção dos estados pseudopuros e aplicação das portas lógicas são semelhantes aos utilizados tradicionalmente pela RMN de alto campo. No entanto, as particularidades da RQN proporcionam algumas diferenças fundamentais em relação à RMN, especialmente quanto à realização dos pulsos responsáveis pela manipulação do sistema. A utilização de pulsos circularmente polarizados proporciona à RQN um mecanismo de excitação seletiva não existente na RMN de alto campo; esses pulsos seletivos não exigem os longos tempos de duração normalmente necessários aos pulsos típicos da RMN, o que acarreta uma vantagem em termos de tempo computacional, principalmente considerando a existência de efeitos de decoerência. Uma outra vantagem da RQN provém do custo relativamente baixo dos espectrômetros de RQN, que não requerem o uso de magnetos supercondutores. Um segundo objetivo deste trabalho é a apresentação de um programa de simulação numérica para experimentos envolvendo núcleos quadrupolares em cristais, sem nenhuma restrição quanto à magnitude relativa das interações Zeeman e quadrupolar. Esse fato permite que se estude desde os casos da RMN de alto campo até a RQN pura, incluindo os casos em que as interações têm magnitudes comparáveis. O programa, que foi desenvolvido usando-se o software Mathematica, faz uso da descrição de interação para computar a evolução temporal do operador densidade sobre efeito das interações de spin nuclear relevantes e de pulsos de RF. Algumas condições requeridas para aplicações em CQ são implementadas através do programa, como a possibilidade de uso de RF elipticamente polarizada e a inclusão de termos de ordem zero e de primeira ordem da aproximação de hamiltoniano médio. Exemplos envolvendo RQN pura e RMN com perturbação quadrupolar são apresentados, como também a proposta para criação de estados pseudopuros e portas lógicas usando RQN pura.

Nos últimos anos a Ressonância Magnética Nuclear(RMN) vem se apresentando como uma das principais técnicas que possibilitam a realização física de portas lógicas reversíveis e algoritmos quânticos. Do ponto de vista da computação quântica, um dos assuntos de maior relevância é a determinação completa da matriz densidade do sistema físico no qual a implementação experimental está sendo feita. Este método é chamado de tomografia de estados quânticos. Em sistemas de spins com I=1/2 acoplados, a tomografia da matriz densidade já é bem estabelecida. No caso de núcleos quadrupolares (I>1/2) este problema ainda está em aberto e um método geral e funcional ainda não foi proposto. Neste trabalho é apresentado um método de executar a tomografia em sistemas de núcleos quadrupolares com I=3/2. É demonstrado que aplicando um apropriado ciclo de fases dos pulsos de leitura do sinal de RMN, as intensidades das linhas dependem somente dos elementos da diagonal da matriz densidade do sistema, sendo possível determiná-los. Então são propostas seqüências de pulsos seletivos com diferentes fases que trazem elementos fora da diagonal para a diagonal, sendo possível determiná-los. Os experimentos foram feitos em uma amostra líquido-cristalina, onde o núcleo observado foi o 23Na, e os resultados experimentais são apresentados.

Nos últimos anos a Ressonância Magnética Nuclear(RMN) vem se apresentando como uma das principais técnicas que possibilitam a realização física de portas lógicas reversíveis e algoritmos quânticos. Do ponto de vista da computação quântica, um dos assuntos de maior relevância é a determinação completa da matriz densidade do sistema físico no qual a implementação experimental está sendo feita. Este método é chamado de tomografia de estados quânticos. Em sistemas de spins com I=1/2 acoplados, a tomografia da matriz densidade já é bem estabelecida. No caso de núcleos quadrupolares (I>1/2) este problema ainda está em aberto e um método geral e funcional ainda não foi proposto. Neste trabalho é apresentado um método de executar a tomografia em sistemas de núcleos quadrupolares com I=3/2. É demonstrado que aplicando um apropriado ciclo de fases dos pulsos de leitura do sinal de RMN, as intensidades das linhas dependem somente dos elementos da diagonal da matriz densidade do sistema, sendo possível determiná-los. Então são propostas seqüências de pulsos seletivos com diferentes fases que trazem elementos fora da diagonal para a diagonal, sendo possível determiná-los. Os experimentos foram feitos em uma amostra líquido-cristalina, onde o núcleo observado foi o 23Na, e os resultados experimentais são apresentados.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-01-27T17:25:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese Adenilton José da Silva.pdf: 4885126 bytes, checksum: d2bade12d15d6626962f244aebd5678d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-27T17:25:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese Adenilton José da Silva.pdf: 4885126 bytes, checksum: d2bade12d15d6626962f244aebd5678d (MD5) Previous issue date: 2015-06-26 / CNPq / Miniaturisation of computers components is taking us from classical to quantum physics domain. Further reduction in computer components size eventually will lead to the development of computer systems whose components will be on such a small scale that quantum physics intrinsic properties must be taken into account. The expression quantum computation and a first formal model of a quantum computer were first employed in the eighties. With the discovery of a quantum algorithm for factoring exponentially faster than any known classical algorithm in 1997, quantum computing began to attract industry investments for the development of a quantum computer and the design of novel quantum algorithms. For instance, the development of learning algorithms for neural networks. Some artificial neural networks models can simulate an universal Turing machine, and together with learning capabilities have numerous applications in real life problems. One limitation of artificial neural networks is the lack of an efficient algorithm to determine its optimal architecture. The main objective of this work is to verify whether we can obtain some advantage with the use of quantum computation techniques in a neural network learning and architecture selection procedure. We propose a quantum neural network, named quantum perceptron over a field (QPF). QPF is a direct generalisation of a classical perceptron which addresses some drawbacks found in previous models for quantum perceptrons. We also present a learning algorithm named Superposition based Architecture Learning algorithm (SAL) that optimises the neural network weights and architectures. SAL searches for the best architecture in a finite set of neural network architectures and neural networks parameters in linear time over the number of examples in the training set. SAL is the first quantum learning algorithm to determine neural network architectures in linear time. This speedup is obtained by the use of quantum parallelism and a non linear quantum operator. / A miniaturização dos componentes dos computadores está nos levando dos domínios da física clássica aos domínios da física quântica. Futuras reduções nos componentes dos computadores eventualmente levará ao desenvolvimento de computadores cujos componentes estarão em uma escala em que efeitos intrínsecos da física quântica deverão ser considerados. O termo computação quântica e um primeiro modelo formal de computação quântica foram definidos na década de 80. Com a descoberta no ano de 1997 de um algoritmo quântico para fatoração exponencialmente mais rápido do que qualquer algoritmo clássico conhecido a computação quântica passou a atrair investimentos de diversas empresas para a construção de um computador quântico e para o desenvolvimento de algoritmos quânticos. Por exemplo, o desenvolvimento de algoritmos de aprendizado para redes neurais. Alguns modelos de Redes Neurais Artificiais podem ser utilizados para simular uma máquina de Turing universal. Devido a sua capacidade de aprendizado, existem aplicações de redes neurais artificiais nas mais diversas áreas do conhecimento. Uma das limitações das redes neurais artificiais é a inexistência de um algoritmo com custo polinomial para determinar a melhor arquitetura de uma rede neural. Este trabalho tem como objetivo principal verificar se é possível obter alguma vantagem no uso da computação quântica no processo de seleção de arquiteturas de uma rede neural. Um modelo de rede neural quântica denominado perceptron quântico sobre um corpo foi proposto. O perceptron quântico sobre um corpo é uma generalização direta de um perceptron clássico que resolve algumas das limitações em modelos de redes neurais quânticas previamente propostos. Um algoritmo de aprendizado denominado algoritmo de aprendizado de arquitetura baseado no princípio da superposição que otimiza pesos e arquitetura de uma rede neural simultaneamente é apresentado. O algoritmo proposto possui custo linear e determina a melhor arquitetura em um conjunto finito de arquiteturas e os parâmetros da rede neural. O algoritmo de aprendizado proposto é o primeiro algoritmo quântico para determinar a arquitetura de uma rede neural com custo linear. O custo linear é obtido pelo uso do paralelismo quântico e de um operador quântico não linear.

Orientador: Harry Westfahl Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:40:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CerroVergara_MayaPaola_M.pdf: 705314 bytes, checksum: 3d79a3792ed3d1f3325ba14c3b2a7391 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Na perspectiva da computação quântica, sistemas de dois níveis como o spin eletrônico e o spin do núcleo são vistos como os melhores candidatos para implementar os chamados quantum bits. Com o surgimento de pontos quânticos capazes de armazenar um único elétron a possibilidade do spin eletrônico ser usado com esse objetivo se acrescenta. Porém, uma das principais inquietudes está no tempo que leva o spin eletrônico em perder a coerência. De acordo com a teoria de sistemas dissipativos, decoerência pode ser causada pelo acoplamento com um reservatório. No caso do spin do elétron preso em um ponto quântico o reservatório é conformado pelos fônons da rede cristalina, e o acoplamento ocorre via acoplamento spin-órbita. Especificamente, em pontos quânticos "grandes" (cuja freqüência característica é muito menor que a freqüência dos modos ópticos) o reservatório é de fônons acústico. Já para o caso de pontos quânticos com freqüência próxima à freqüência dos fônons ópticos, o acoplamento elétron-fônon óptico é muito relevante nos processos de relaxação do elétron e portanto, a decoerência do spin estará muito ligada a este tipo de interação. Nós estudamos a decoerência em estes sistemas através de um modelo fenomenológico que parte do modelo Caldeira-Leggett, e como resultado encontramos tempos de decoerência da ordem de ms quando o banho é de fônons acústico e da ordem de µs na presença de fônons ópticos / Abstract:In the perspective of quantum computation, two levels systems are the best candidates to implement the so called quantum bits. In special, the possibility of growing quantum dots capable of storing one electron makes it plausible to use electronic spin for such devices. Nevertheless, one of the big concerns is the time the electron takes to lose coherence. In accordance with dissipative systems theory, decoherence can be caused by the coupling with a reservoir. In the case of electronic spin in a quantum dot the reservoir is conformed by the phonons of the crystalline lattice which interact with the electronic spin through spin-orbit coupling. In the special case of quantum dots whose characteristic frequency is less than the frequency of optical modes the reservoir is made of acoustic phonons. For quantum dots whose confinement frequency is close to the frequency of the optical phonons, the coupling is via electron-optical phonons. We study the decoherence in these systems using a phenomenological model, based on the Caldeira-Leggett model. As a result, we found decoherence times of ms for acoustic phonons bath and of µs in the presence of optical phonons / Mestrado / Física / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7712_1.pdf: 1946482 bytes, checksum: b1e1fe7368ef1eaa4d27ce22a81b8a35 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação estudamos o emaranhamento quântico como ferramenta para a computação e informação quântica. Restringimo-nos ao emaranhamento bipartite existente entre dois qubits descritos por um hamiltoniano de Heisenberg. A escolha deste hamiltoniano devese ao fato de vá rios sistemas físicos distintos conseguirem simulá -los além de ser possível a construção de portas lógicas através dos controles de seus parâmetros por intervalos de tempos específicos. A restrição a dois qubits é motivada pelo objetivo central deste trabalho: compreender melhor o que é o emaranhamento. O escudo de casos simples favorece um posterior entendimento de situações mais complexas. Atacamos o problema por intermédio de diversos formalismos: o canônico (matricial ), o de segunda quantização e por últime através da álgebra geométrica. Os principais resultados consistem, primeiramente, na quantificação do emaranhamento de formação numa temperature arbitrária para este sistema de dois qubits, sendo uma proposta para gerar emaranhamento sob demanda para uso em computação e informative quân- tica. Conseguimos, também, um avanço na compreensão (etapa crucial ao desenvolvimento desta área) do emarmzhatrlento na linguagem de álgebra geométrica

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-06-05T19:06:29Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Alan-Santos.pdf: 1388458 bytes, checksum: 78a7d86fee02f0ef7bd2769f6f738b58 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T19:06:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Alan-Santos.pdf: 1388458 bytes, checksum: 78a7d86fee02f0ef7bd2769f6f738b58 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / 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 . / Adiabatic evolution is a powerful technique in quantum information and computation. However, its performance is limited by the adiabatic theorem of quantum mechanics. In this scenario, shortcuts to adiabaticity, such as provided by the superadiabatic theory, constitute a valuable tool to speed up the adiabatic quantum behavior. In this dissertation we introduce two different models to perform universal superadiabatic quantum computing, which are based on the use of shortcuts to adiabaticity by counter-diabatic Hamiltonians. The first model is based on the use of superadiabatic quantum teleportation, introduced in this dissertation, as a primitive to quantum computing. Thus, we provide the counter-diabatic driving for arbitrary n-qubit gates. In addition, our approach maps the counter-diabatic Hamiltonian for an arbitrary n-qubit gate teleportation into the implementation of a rotated counter-diabatic Hamiltonian for an nqubit state teleportation. In the second model we use the concept of controlled superadiabatic evolutions to show how we can implement arbitrary n-controlled quantum gates. Remarkably, this task can be performed by simple time-independent counter-diabatic Hamiltonians. These two models can be used to design different sets of universal quantum gates. We show that the use of the quantum speed limit suggests that the superadiabatic time evolution is compatible with arbitrarily small time intervals, where this arbitrariness is constrained to the energetic cost necessary to perform the superadiabatic evolution.

Nesta tese de doutoramento nós tivemos como principal objetivo desenvolver novos métodos para proteção da informação e computação quântica. Começamos, de forma introdutória, ilustrando os conceitos básicos e fundamentais da teoria da informação e computação quântica, como os bits quânticos (qubits), o operador densidade, o emaranhamento e as operações lógicas quânticas. Na seqüência, apresentamos os formalismos utilizados para tratar sistemas abertos, ou seja, sujeitos a erros, além das principais técnicas existentes a fim de proteger a informação quântica, como os códigos de correção de erros, os subespaços livres de erros e o desacoplamento dinâmico. Finalmente, baseando-nos na técnica de desacoplamento dinâmico, introduzimos um esquema de proteção para operações lógicas quânticas e o emaranhamentos entre qubits utilizando campos de alta freqüência. Ilustramos em detalhes a proteção da operação lógica quântica de Hadamard e do emaranhamento entre dois qubits, além de apresentarmos as principais diferenças e vantagens de nosso método quando comparado às técnicas tradicionais de desacoplamento dinâmico. / The main objective of this thesis is the development of a new procedure for quantum information and computation protection. We begin by briefly illustrating the basic concepts of quantum information and computation theory, such as quantum bits (qubits), density matrix operator, entanglement, and quantum logical operations. Subsequently, we present the formalism utilized to treat quantum open systems, i.e., systems subjected to errors, and the main strategies to protect quantum information, such as quantum error correction codes, decoherence-free subspaces, and dynamical decoupling. Finally, based on the dynamical decoupling strategies, we introduce a procedure to protect quantum logical operations and entanglement utilizing high-frequency continuous fields. We illustrate, in details, the protection of a Hadamard quantum gate and of entanglement between two qubits, and present the differences and advantages of our procedure when compared with traditional techniques of dynamical decoupling.