Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2020.pdf: 852206 bytes, checksum: 2ecfc5be0d185b9d31d4198520c9d7cd (MD5) Previous issue date: 2008-07-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this thesis we first demonstrate that the inevitable action of the environment can be substantially weakened when considering appropriate nonstationary quantum systems. Beyond protecting quantum states against decoherence, an oscillating frequency can be engineered to make the system-reservoir coupling almost negligible. Differently from the program for engineering reservoir and similarly to the schemes for dynamical decoupling of open quantum systems, our technique does not require a previous knowledge of the state to be protected. However, differently from the previously-reported schemes for dynamical decoupling, our technique does not rely on the availability of tailored external pulses acting faster than the shortest time scale accessible to the reservoir degree of freedom. We show, in the domain of cavity quantum electrodynamics, how to engineer such a nonstationary cavity mode through its dispersive interaction with a driven two-level atom. Next, we consider different aspects of the dynamical Casimir effect (DCE) through the derivation of effective Hamiltonians which exhibit the essential features of the phenomenon. We start by investigating the dynamical Casimir effect in a nonideal cavity at finite temperature. We first compute a general expression for the average number of particle creation, applicable for any law of motion of the cavity boundary. We also compute a general expression for the linear entropy of an arbitrary state prepared in a selected mode, also applicable for any law of motion of the cavity boundary. As an application of our results we have analyzed both the average number of particle creation and linear entropy within a particular oscillatory motion of the cavity boundary. On the basis of these expressions we develop a comprehensive analysis of the resonances in the number of particle creation in the nonideal dynamical Casimir effect. We also demonstrate the occurrence of resonances in the loss of purity of the initial state and estimate the decoherence times associated with these resonances. We also consider the dynamical Casimir effect for a massless scalar field, under Dirichlet boundary conditions, between two concentric spherical shells. We obtain a general expression for vii the average number of particle creation, for an arbitrary law of radial motion of the spherical shells, using two distinct methods: by computing the density operator of the system and by calculating the Bogoliubov coefficients. We apply our general expression to breathing modes: when only one of the shells oscillates and when both shells oscillate in or out of phase. We also analyze the number of particle production and compare it with the results for the case of plane geometry. Finally, we analyze the action of the gravitational field on the dynamical Casimir effect. We consider a massless scalar field confined in a cuboid cavity placed in a gravitational field described by a static and diagonal metric. With one of the plane mirrors of the cavity allowed to move, we compute the average number of particles created inside the cavity by means of the Bogoliubov coefficients computed through perturbative expansions. We apply our result to the case of an oscillatory motion of the mirror, considering a weak gravitational field described by the Schwarzschild metric. The regime of parametric amplification is detailed analyzed, demonstrating that our computed result, for the mean number of particles created, is in agreement with associated particular cases in literature. / Demonstramos nesta tese, primeiramente, que a ação inevitável do meio ambiente pode ser substancialmente enfraquecida quando consideramos sistemas quânticos não estacionários apropriados. Diferentemente do programa de engenharia de reservatórios e de forma similar aos protocolos para o desacoplamento dinâmico de sistemas quânticos abertos, nossa proposta não requer o conhecimento prévio do estado a ser protegido. Diferentemente mesmo dos esquemas de desacoplamento dinâmico, a proteção de estados de modos não estacionários prescinde da disponibilidade de pulsos externos ultra rápidos que atuem sobre o sistema de interesse em intervalos de tempo mais curtos que a menor escala de tempo acessível aos graus de liberdade do reservatório. No domínio da engenharia de estados em eletrodinâmica quântica de cavidades, mostramos como preparar modos não estacionários através da interação dispersiva do campo com átomos de dois níveis submetidos `a amplificação linear. Tratamos, em seguida, de diferentes aspectos do efeito Casimir dinâmico (ECD) através da derivação de hamiltonianos efetivos capazes de descrever convenientemente os principais aspectos do fen omeno. Começamos pelo ECD não ideal a temperaturas finitas. Obtivemos expressões gerais tanto para número médio de partículas criadas como para a entropia linear de um estado arbitrário preparado em um modo selecionado da cavidade, expressões estas que se aplicam a qualquer lei de movimento da fronteira móvel. Desenvolvemos, através destas expressões, uma análise abrangente das ressonâncias presentes tanto na criação de partículas como na perda de pureza e decoerência de estados. Consideramos também o ECD no contexto de um campo escalar não massivo confinado, sob as condições de contorno de Dirichlet, entre duas cascas esféricas concêntricas. Utilizamos dois diferentes métodos, o operador densidade e os coeficientes de Bogoliubov, para o cálculo da expressão geral para o número médio de partículas criadas, válida para qualquer lei de movimento das cascas esféricas. Aplicamos esta expressão para o cálculo do número de partículas produzidas quando apenas uma das cascas oscila ou quando ambas oscilam em fase ou fora de fase, e v comparamos os resultados com aqueles associados `a geometria plana. Por fim, analisamos a ação do campo gravitacional sobre o ECD. Para tal, consideramos um campo escalar não massivo confinado numa cavidade cubóide localizada em um campo gravitacional descrito por uma métrica estática e diagonal. Assumindo que uma das paredes planas da cavidade seja móvel, obtivemos o número de partículas criadas no interior da cavidade através do cálculo, via expansões perturbativas, dos coeficientes de Bogoliubov. Aplicamos o resultado para o caso particular de um movimento oscilatório da fronteira móvel, considerando um campo gravitacional fraco descrito pela métrica de Schwarzschild. O regime de amplificação paramétrica é detalhadamente analisado, demonstrando que nosso resultado para o número médio de partículas criadas, está em acordo com resultados particulares previamente apresentados na literatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJPCL.PDF: 1080081 bytes, checksum: 07c76f2cdbae84f911a239fe1765ffbe (MD5) Previous issue date: 2006-02-24 / Universidade Federal de Sao Carlos / On this thesis some aspects of relaxation processes and decoherence processes using deformed algebras of the harmonic oscillator, particularly the generalized deformed algebra (GDA algebra) and Kerr algebra were studied.Two situations were considered for this study: a) The system of interest is described as a non-linear harmonic oscillator interacting with a dissipative environment (thermal reservoir), b) the system of interest ( non deformed harmonic oscillator) interacts with a thermal reservoir described by a group of nonlinear quantum harmonic oscillators. An interesting result was found for the two situations , where we notice that the master equation and the expressions found, show the strong dependence of the nonlinearity introduced by the deformed algebra. On case (b) the obtained equations have a form identical to the nondeformed equations, but show new nonlinear coefficients not obtained in the reading.The influence of the reservoirs nonlinearity is noticed in the coefficients found. The phenomenon of decoherence, considered the thermal nonlinear reservoir and the compressed air reservoir that were studied. The master equation that rules the dynamics of the system and an estimated a time of decoherence were obtained , along with important results. It was observed that when there is an increase on the deformed parameter there is also an increase on the decoherence time, showing the nonlinearity contained in the reservoir acts in a significant way over the time of decoherence of the system. / Nesta tese nós estudamos alguns aspectos dos processos de relaxação e de decoerência utilizando as álgebras deformadas do oscilador harmônico, particularmente a álgebra deformada generalizada (GDA álgebra) e álgebra tipo Kerr. Para este estudo consideramos duas situações: (a) O sistema de interesse é descrito como um oscilador harmônico quântico não-linear interagindo com um meio dissipativo (reservatório térmico), e (b) O sistema de interesse (oscilador harmônico quântico sem deformação) interage com um reservatório térmico descrito por um conjunto de osciladores harmônicos quânticos não-lineares. Resultado interessante foi encontrado para as duas situações estudadas, onde observamos que a equação mestra e as expressões obtidas, mostram forte dependência da não-linearidade introduzida pela álgebra deformada. Para o caso (b) as equações obtidas possuem forma idêntica as equações sem deformação, mas apresentam novos coeficientes não-lineares ainda não obtidos na literatura. A influência da não-linearidade do reservatório é observada nos coeficientes encontrados. Também estudamos o fenômeno da decoerência considerando o reservatório térmico não-linear e o reservatório comprimido nãolinear. Obtemos a equação mestra que rege a dinâmica do sistema e estimamos o tempo de decoerência, onde obtemos um resultado importante. Para o tempo de decoerência observamos um crescimento do tempo a medida que os parâmetros de não-lineridade da álgebra crescem, mostrando que não-linearidade contida no reservatório age de maneira significativa sobre o tempo de decoerência do sistema.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAC.pdf: 4023404 bytes, checksum: c7e0e9de3dacfa2ff41e7b68a4df957d (MD5) Previous issue date: 2005-03-11 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work, we analyse the dissipation and interchange of energy in a system composed by two harmonic oscillators, each one associated with a thermal reservoir. To this end, we employ the Caldeira & Leggett approach, based on path integral formulation, to obtain the time evolution of the reduced density operator of the system composed by both oscillators. / Tratamos, neste trabalho, os processos de troca e dissipação de energia num sistema composto por dois osciladores harmônicos cada qual associado a um reservatório térmico. Para isso, empregamos a abordagem de Caldeira & Leggett, baseada na formulação de integrais de trajetória, para a obtenção da evolução temporal do operador densidade reduzido do sistema composto por ambos os osciladores.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1995.pdf: 1566210 bytes, checksum: 7c5a0c3ef27c706d0ac9145573694cdf (MD5) Previous issue date: 2008-05-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we first present a protocol to build effective interactions between two cavity modes, considering a two-level atom under the action of classical fields. Bilinear Hamiltonians associated with parametric up- and down-conversion processes are derived, apart from nonlinear interactions associated with the degenerate parametric down-conversion process, resulting in the squeezing operation of a cavity mode. We also demonstrate how to construct nonlinear Hamiltonians related with a Kerr-type process for one or two cavity modes. In particular, we show how to implement, in the bimodal cavity, the Hamiltonian describing a two-specieis Bose-Einstein condensate in the two-mode approximation. Next, considering a two-level ion trapped in a cavity, under the action of classical amplification field, we show how to build an artificial reservoir for the electronic states of the ion. This reservoir is suited to protect nonstationary superpositions of the electronic levels, enabling us to measure the geometric phase acquired by these states under nonadiabatic evolutions of the system. Finally, we show how to construct squeezed reservoirs, either for a cavity mode or two-level atoms, by previously engineering an effective interaction between the atom(s) and the cavity mode which comprehends the simultaneous implementation of the Jaynes-Cummings and anti-Jaynes-Cummings Hamiltonians. / Nesta tese, apresentamos primeiramente um protocolo para a construção de interações efetivas entre dois modos de uma cavidade, através de um átomo de dois níveis sob a ação de campos clássicos. hamiltonianos bilineares associados à processos de conversões paramétricas ascendente e descendente de frequências foram obtidos, bem como hamiltonianos não-lineares associados à compressão paramétrica de um modo da cavidade. Mostramos também como construir hamiltonianos associados a processos não-lineares do tipo Kerr para um ou dois modos da cavidade. Em especial, mostramos como implementar, na cavidade bi-modal, o hamiltoniano que descreve um condensado de Bose-Einstein de duas espécies atômicas na aproximação de dois modos. Em seguida, considerando um íon de dois níveis aprisionado no interior de uma cavidade e submetido à ação de campos clássicos, mostramos como construir um reservatório artificial para os estados eletrônicos do íon. Este reservatório permite a proteção de superposições não estacionárias dos níveis eletrônicos, possibilitando a medida de fases geométricas por elas adquiridas mediante evoluções não adiabáticas do sistema. Por fim, mostramos como construir reservatórios comprimidos tanto para um modo da cavidade como para átomos de dois níveis, mediante a construção prévia de uma interação efetiva entre átomo(s) e modo que compreende a realização simultânea dos hamiltonianos de Jaynes-Cummings e anti-Jaynes-Cummings. Para tanto, recorremos a átomo(s) de três níveis sob a ação de campos clássicos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2851.pdf: 5105672 bytes, checksum: 2958cef30f5756dd1655364f76753c01 (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we treat firstly what we call the double Caldeira-Leggett model, which consists on the approach to the dynamics of two dissipative harmonic oscillators via Feynman-Vernon theory. We derived and solved the associated master equations in two different situations where i) each oscillator is coupled to its own reservoir and ii) both oscillators are coupled to the same reservoir. Finally we analyzed the decoherence process of entangled states prepared in both oscillators. Next, we treat the problem of quasi-perfect state transfer (QPST) in networks of dissipative harmonic oscillators. In this context, we have presented two different protocols for QPST: the first based in the detuning between the frequencies of the emitter and receiver oscillators regarding that of the transmitter oscillators and the second consisting in the use of what we call a decoherence quasi-free subspace (DQFS). To this end, we derived the regime of parameters enabling the emergence of DQFS. In both protocols we verified that QPST processes occur by means of a mechanism, similar to the tunneling effect, i. e., the excitations of the state to be transferred populate only virtually the transmission channel. Finally, regarding quantum open systems, we present the phenomenon that we call spontaneous recoherence of states. Through this phenomenon, we verified that the reservoir only shuffle the information of the system, instead of erasing it. The password to retrieve the original information consists of the knowledge of the initial state itself and its associated pure basis / Neste trabalho tratamos primeiramente o que denominamos modelo duplicado de Caldeira-Leggett, que consiste no tratamento da dinâmica de dois osciladores harmônicos quânticos dissipativos acoplados, via teoria de Feynman-Vernon. Obtivemos e resolvemos as equações mestras associadas em duas diferentes situações, nas quais i) cada oscilador encontra-se acoplado a seu próprio reservatório ou ii) ambos os osciladores acoplam-se ao mesmo reservatório. Por fim, analisamos o processo de decoerência de estados emaranhados preparados nos osciladores. Tratamos, em seguida, do problema da transferência quase-perfeita de estados (TQPE) em redes de osciladores quânticos dissipativos. Apresentamos, neste contexto, dois diferentes protocolos para a TQPE: o primeiro baseado na dessintonia entre as freqüências dos osciladores emissor e receptor com relação àquelas dos osciladores transmissores; o segundo baseado na utilização do que denominamos subespaços quase-livres de decoerência (SQLD). Verificamos que em ambos os protocolos apresentados, o processo de transferência de estados se dá por um mecanismo similar ao efeito túnel, de forma que a excitação do estado a ser transferido ocupa apenas virtualmente o canal de transmissão. Por fim, apresentamos o fenômeno que denominamos recoerência espontânea de estados. Através deste fenômeno, verificamos que o reservatório térmico não apaga a informação do sistema, isto é, seu estado inicial; ele apenas embaralha esta informação. A senha para a recuperação da informação original consiste no conhecimento do estado inicial do sistema e da base pura a ele associada.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRMS.pdf: 6509479 bytes, checksum: 46f0b62dec23c8e8c6a7f264f8418bdc (MD5) Previous issue date: 2002-07-22 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we present a proposal protocol for engineering arbitrary motional states of trapped ions.Our scheme is based on both techniques of quantum state sculpture and projection synthesis. Next, we investigate the decoherence process in ion traps due to the polarization of the residual background gas. Our results are compared with experimental data round in the literature. We also introduce a scheme for probing the tunneling mechanism os a single ion trapped in a double-well electromagnetic potential. The tunneling process is characterized through the probability for a fluorescence measurement of electronic ground state of trapped ion. Finally in the running wave domain, we present a protocol for the teleportation of an entangled of zero- and one- photon states of the running wave field. We consider the process of photoabsorption in the linear and nonlinear optical elements required to achieve 100% of probability of sucess in the ideal case. / Neste trabalho apresentamos um protocolo para a engenharia de estados vibracionais arbitrários de íons aprisionados que combina as técnicas de escultura de estados e síntese da projeção. Este protocolo é desenvolvido tratando-se situação realista em que flutuações na intensidade dos feixes laser estão presentes. Em seguida, uma investigação do processo de decoerência em armadilhas iônicas, devido a polarização do gás residual da armadilha é detalhadamente descrito. Novos resultados são comparados com os dados experimentais apresentados na literatura. Apresentamos também um esquema para a sondagem do processo de tunelamento de um único íon em um potencial do tipo poço duplo. Esta sondagem é realizada por meio da medida fluorescente do estado eletrônico fundamental do íon. Por fim, no contexto de ondas propagantes apresentamos um protocolo para o transporte de estados emaranhados de zero e um fóton do campo de radiação. Consideramos a ocorrência de fotoabsorção nos elementos ópticos lineares e não lineares requeridos para alcançar 100% de probabilidade de sucesso no caso ideal.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2271.pdf: 3231782 bytes, checksum: aa777d28ed50189d9815f239428f38f9 (MD5) Previous issue date: 2009-01-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / The Rabi Hamiltonian describes the interaction between a two-level atom and a single mode of the quantized electromagnetic field. In this work we study numerically and analytically the dynamics of the Rabi hamiltonian subjected to damping and dephasing reservoirs, included via the usual Lindblad superoperators in the master equation. When the system is subjected to the Markovian atomic dephasing reservoir, the anti-rotating term in the Rabi hamiltonian leads to a linear photon generation from the vacuum. In the case where the dissipation effects are present, the asymptotic mean photon number attains a value higher than the thermal photon number, expected in the absence of the anti-rotating term. We reveal the origins of the phenomenon and estimate its importance in realistic situations. Still, we evaluate approximately the photon creation rate in the pure dephasing case and the asymptotic mean photon number and the atomic population inversion in the general case. / O hamiltoniano de Rabi descreve a interação entre um átomo de dois níveis e um único modo de um campo eletromagnético quantizado. Neste trabalho estudamos numericamente e analiticamente a dinâmica do hamiltoniano de Rabi sujeita aos reservatórios de fase e decaimento, introduzidos na equação mestra através dos operadores de Lindblad usuais. Quando o sistema está sujeito a um reservatório de fase atômico markoviano, os termos contra-girantes no hamiltoniano de Rabi induzem uma criação de fótons a partir do vácuo a uma taxa linear. No caso em que há efeitos dissipativos, o número médio de fótons atinge um valor assint´otico maior que o número médio de fótons térmicos, esperado na ausência dos termos contra-girantes. Revelamos a origem do fenômeno e estimamos a sua importância em situações realistas. Ainda, calculamos aproximadamente a taxa de criação de fótons quando há apenas defasagem e os valores estacionários do número médio de fótons e da inversão atômica no caso geral.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4780.pdf: 9997745 bytes, checksum: 24a1f1c6cc3ce4ef4b6ac0cc5009255c (MD5) Previous issue date: 2013-01-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this thesis, we study the behavior of Quantum Discord in the contexts of open quantum systems and spin chains. Furthermore, we investigate the thermalization process of a spin chain due to interaction with the environment. First, we present a review on the concept of quantum correlation, beginning with the first ideas on non-locality, and leading to the measure of quantum correlations called Quantum Discord. Afterwards, we study the dynamics of the quantum correlations between two non-interacting qubits coupled to Markovian and non- Markovian thermal reservoirs. In the context of spin chains, we investigate the behavior of quantum correlations at finite temperatures, starting with a system composed of two interacting spins, described by XYZ model, in order to generalize this study to the case of infinite unidimensional spin chains, described by XY and XXZ models. In this context, we investigate the relationship between quantum correlations and quantum phase transitions present in these two models. We conclude this thesis with a study of the thermalization process of two interacting spins weakly coupled to independent bosonic thermal reservoirs, or to a single collective reservoir, besides presenting some results for larger systems, composed of an arbitrary number of spins. / Nesta tese estudamos o comportamento da Discórdia Quântica nos contextos de sistemas quânticos abertos e cadeias de spins. Além disso, investigamos também o processo de termalização de uma cadeia de spins sujeita a interação com o meio-ambiente. Primeiramente, apresentamos uma revisão do conceito de correlação quântica, partindo das ideias iniciais sobre não-localidade e tendo como ponto final a medida de correlações quânticas denominada Discórdia Quântica. Posteriormente, estudamos a dinâmica das correlações quânticas entre dois qubits não-interagentes acoplados a reservatórios térmicos markovianos e não-markovianos. No contexto de cadeias de spins, investigamos o comportamento das correlações quânticas a temperaturas finitas, começando com um sistema formado por dois spins interagentes, descrito pelo modelo XYZ para, em seguida, generalizar este estudo para o caso de cadeias de spins unidimensionais infinitas, descritas pelos modelos XY e XXZ. Neste contexto, investigamos a relação entre as correlações quânticas e as transições de fase quânticas presentes nestes dois modelos. Finalizamos esta tese com um estudo sobre o processo de termalização de dois spins interagentes fracamente acoplados a reservatórios térmicos bosônicos independentes ou um único reservatório coletivo, além de apresentar alguns resultados referentes a sistemas maiores, formados por um número arbitrário de spins.