Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-10-01T20:39:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Marcos George Moreno Filho.pdf: 1584536 bytes, checksum: 4022957ffb1932dc79a9c6e4688a3f86 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-11-22T21:53:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Marcos George Moreno Filho.pdf: 1584536 bytes, checksum: 4022957ffb1932dc79a9c6e4688a3f86 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-22T21:53:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Marcos George Moreno Filho.pdf: 1584536 bytes, checksum: 4022957ffb1932dc79a9c6e4688a3f86 (MD5) Previous issue date: 2017-08-11 / CNPq / In this work we analyze the problem of creation of Dicke states through the process of entanglement swapping. First we deal with the tripartite case, presenting a deterministic protocol based on a source of EPR pairs. Still in this topic we show that it is possible to create perfect W states (tripartite Dicke states), even when the EPR source does not yield maximally entangled pairs, with a finite success rate. Subsequently we cope with the n-partite case, for which we present a probabilistic procedure, also employing EPR-pair sources, where the output, whenever successful, is perfect. The analysis of this protocol reveals a critical transition for the success probability, which is characterized in the framework of Landau theory of second order phase-transitions. Finally we proceed with a study of the entanglement between bipartitions of systems described by Dicke states, which allows for the implementation of entanglement witnesses. For each Dicke state we present a highly sensitive witness. / Neste trabalho analisamos o problema de criação de estados de Dicke através de um processo de entanglement swapping. Inicialmente tratamos o caso tripartite, para o qual apresentamos um protocolo determinístico empregando uma fonte de estados EPR. Ainda nesse tópico, mostramos que, com uma taxa de sucesso finita, é possível produzir estados W (estados de Dicke tripartite) perfeitos mesmo quando utilizamos uma fonte de estados EPR não maximamente emaranhados. Em seguida consideramos o caso de n partes, para o qual apresentamos um procedimento probabilístico, também fazendo uso de uma fonte de estados EPR, em que o resultado, sempre que bem-sucedido, é perfeito. A análise deste protocolo revela uma transição crítica, que é caracterizada no contexto da teoria de transição de fase de segunda ordem de Landau. Por ultimo fazemos um estudo do emaranhamento entre bipartições de sistemas descritos por estados de Dicke, que nos permite a implementação de testemunhas de emaranhamento. Para cada estado de Dicke, apresentamos uma testemunha com alta sensibilidade.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo582_1.pdf: 4729199 bytes, checksum: e3d81d03dc0633e282c2e9ddaa2df782 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Nesta tese fizemos uma análise detalhada do comportamento dos emaranhamentos térmico e do estado fundamental de aglomerados de spin quânticos. Para o caso de dois spins, encontramos e caracterizamos uma rica estrutura de padrões de emaranhamento térmico em função dos parâmetros do hamiltoniano do modelo XY. Propusemos um procedimento para se extrair a componente quântica das funções de correlação de spin, cujo comportamento é afetado por variações nos padrões de emaranhamento. Aglomerados de três e quatro spins foram considerados numa análise do efeito de modificações na topologia da rede de acoplamentos, pela variação da interação entre spins não vizinhos, sobre o emaranhamento entre spins e também sobre o emaranhamento global. Os resultados demonstram que a presença de acoplamentos adicionais não apenas cria emaranhamento multipartite mas também modifica sua natureza

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-08-24T12:05:55Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 542631 bytes, checksum: d215fddb6098bb6063db678423ff8fc2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T12:05:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 542631 bytes, checksum: d215fddb6098bb6063db678423ff8fc2 (MD5) Previous issue date: 2011-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Além disso, o emaranhamento tem se mostrado um ingrediente indispensável no ramo da computação quântica (no processamento e transmissão de informação) e também na física da matéria condensada (na compreensão de transições de fase quântica). No presente trabalho temos por objetivo apresentar algumas formas de caracterizar tanto quantitativo, quanto qualitativamente, o emaranhamento. Em especial, pretendemos apresentar e aplicar o método desenvolvido por Dahl et al. [1]. Tal método consiste em determinar a distância do estado separável mais próximo do estado de interesse, uma vez que tal distância pode ser utilizada para medir o grau de emaranhamento do sistema. Entendemos por estado separável um estado que apresenta somente cor- relações clássicas, ou seja, um estado não-emaranhado, estados que não são separáveis são ditos emaranhados. / The study of entanglement would be justified simply by its theoretical inter- est, given that this phenomenon since its inception, casts important questions on the basis of a fundamental character of the building that is quantum mechanics. More- over, the entanglement has been an indispensable ingredient in the field of quantum computing (processing and transmission of information) and also in condensed mat- ter physics (in the understanding of quantum phase transitions). In this paper we present and discuss some ways to characterize both quantitatively and qualitatively entanglement. In particular, we aim to introduce and apply the method developed by Dahl et al. [1]. This method determines the distance from the nearest separable state of the state of interest, since this distance may be used to measure the degree of entanglement of the system of interest. We consider a separable state by state with only classical correlations, ie a non-entangled, non-separable states which are said entangled.

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

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.

Recentemente, uma quantidade de informação/computação quântica chamada complexidade computacional tem adquirido mais e mais importância no estudo de buracos negros.Resumidamente, complexidade mede a dificuldade de alguma tarefa. No contexto de mecânica quântica (ou mesmo para estados em uma CFT), qualquer estado tem uma complexidade associada, uma vez que o processo de preparar algum estado, usando operações unitárias, é uma tarefa por sí só. Propostas holográficas para o cálculo de complexidade tem sido desenvolvidas nos anos recentes. Há duas delas que estão mais desenvolvidas: as conjecturas complexidade=volume e complexidade=ação. No contexto da correspondência AdS/CFT é sabido que o buraco negro de Schwarzschild em AdS é dual à um estado térmico que descreve duas CFTs emaranhadas. Para esse caso em específico, a conjectura complexidade=volume iguala a complexidade do estado que descreve esse par de CFTs emaranhadas com o volume da máxima superfície de codimensão um no espaço-tempo dual. Por outro lado, a conjectura complexidade=ação iguala a complexidade da borda com a ação gravitacional calculada sobre uma região do espaço-tempo conhecida como Wheeler-DeWitt patch. O objetivo dessa tese é proporcionar os requisitos necessários para entender as conjecturas relacionadas com complexidade, monstrando alguns resultados importantes proporcionados pelos cálculos holográficos no lado gravitacional. / In recent years, a quantity from quantum information/computation called computational complexity has been acquiring more and more importance in the study of black holes. Briefly, complexity measures the hardness of some task. In the context of quantum mechanics (or even for states in a CFT), any state has an associated complexity, once the process of to preparing some state, using unitary operations, is a task by itself. Holographic proposals for the computation of complexity have been developed in recent years. There are two of them that are more developed: the complexity=volume and complexity=action conjectures. In the context of the AdS/CFT correspondence, it is known that the two sided AdS-Schwarzschild black hole is dual to some thermal state that describes two entangled CFTs. For this specific case, the complexity=volume conjecture equates the complexity of the state that describes this pair of entangled CFTs with the volume of the maximal codimension-one surface in the dual space-time. On the other hand, the complexity=action conjecture equates the boundary complexity with the gravitational action evaluated on a region of space-time known as the Wheeler-DeWitt patch. The goal of this thesis is to provide the necessary requisites to understand the conjectures related to complexity, showing some important results provided by holographic computations on the gravitational side.

A compressão nas flutuações da diferença de intensidades dos feixes sinal e complementar gerados por um OPO acima do limiar foi medida já há algum tempo e constituiu um dos principais interesses nestes sistemas. Emaranhamento entre esses feixes, entretanto, ainda não foi experimentalmente demonstrado em circunstâncias normais de operação acima do limiar (feixes não-degenerados em frequência). Usando um critério de não-separabilidade entre sistemas contínuos, buscamos verificar se a variância de um par de operadores tipo EPR, a diferençaa de intensidades e a soma das fases de sinal e complementar, pode violar uma desigualdade suficiente para caracterizar emaranhamento. Após um estudo teórico, verificamos que isto pode de fato ocorrer numa região de parâmetros experimentalmente acessível. A medida não foi realizada até hoje devido à dificuldade em se medir quadratura fase, o que, neste caso, exigiria o uso de osciladores locais em frequências distintas. Motivados por isso, propomos uma montagem experimental que utiliza cavidades óticas para projetar ruído de fase em ruído de intensidade, tornando dessa forma acessível a medida de anticorrelação de fase entre sinal e complementar. Realizamos nossa proposta em caráter preliminar, obtendo resultados encorajadores, embora não conclusivos, que indicam a existência de emaranhamento. / Squeezing in the intensity difference of signal and idler beams generated by an OPO operating above threshold was observed some time ago and presented one of the major attraction of this system. Entanglement between the macroscopic fields, however, has not yet been demonstrated in normal operation conditions above threshold (non-degenerate beams). Using a non-separability criterion for continuous variables, we investigate whether the variances of a pair of EPR-like operators, difference of intensities and sum of phases of signal and idler, can violate a Bell-type inequality and hence characterize entanglement. After a theoretical study, we verified that entanglement can occur in an experimentally accessible region of parameters. This measurement was not performed to date owing to the difficulty of measuring the phase quadratures, which usually requires the use of local oscillators with slightly different frequencies. Motivated by this, we propose an experimental setup that uses optical cavities to rotate the noise ellipse of each beam, projecting phase noise into intensity noise, thus allowing the experimental access to the phase quadratures. We preliminarly implemented our proposal and obtained promising although not conclusive results, that indicate entanglement.

Desde o surgimento da mecânica quântica no início do século XX, ela vem sendo alvo de diversos estudos e suas característcas fazem com que a mesma seja descrita de forma totalmente diferente da teoria clássica. Com o aprofundamento em suas áreas, surgiram novos conceitos e a compreensão sobre a teoria da informação e computação quântica foi radicalmente mudada devido a uma propriedade básica da mecânica quântica, o emaranhamento. Assim, a popularização da ideia do computador quântico trouxe consigo uma série de pesquisas relacionadas a informação quântica e suas aplicações no mundo real. Nesta dissertação apresentamos um estudo sobre a construção de um critério de emaranhamento geral, no qual podemos aplicá-lo a quaisquer sistemas possuindo um Hamiltoniano descrito por cadeias de spins, seja ele bipartido ou multipartido. Esse critério é baseado na covariância de um observável geral que pode ou não possuir termos de interações entre os spins. Entretanto, esse critério pode ser facilmente reduzido a variância, uma vez que esta é muito mais adequada para a aplicação em sistemas físicos. Desta maneira, podemos utilizar a susceptibilidade magnética e o calor específico como testemunhas de emaranhamento para o critério, em razão da sua facilidade de medidas experimentais. / Since the advent of quantum mechanics in the early twentieth century, it has been the subject of several studies and their features cause it to be described quite differently from classical theory. With the deepening in their fields, there were new concepts and understanding about information theory and quantum computing has been radically changed due to a basic property of quantum mechanics, the entanglement. Thus, the popularization of the idea of the quantum computer has brought a lot of research related to quantum information and its applications in the real world. In this thesis we present a study about a construction of a general criterion of entanglement, in which we can apply it to any system having a Hamiltonian described by spin chains, either bipartite or multipartite. This criterion is based on general observables covariance that may or may not possess terms of interactions between spins. However, this criterion can be easily reduced to the variance, since this is more suitable for use in physical systems. In this way, we can use the magnetic susceptibility and the specific heat as witnesses of entanglement for the criterion, because of their ease of experimental measurements.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAD.pdf: 1243849 bytes, checksum: 196c3c7b3da37c011c5861405b0d1631 (MD5) Previous issue date: 2005-02-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / This dissertation embraces two trends of research in modern quantum optics. The first of them is connected to the photodetection theory, particularly to the continuous measurement theory developed by Srinivas and Davies (SD) in 1980 s, whose principal ingredient is the correct choice of the quantum jump superoperator. We deduce from first principles different possible quantum jump superoperators, and employ one of them the nonlinear quantum jump superoperator, proposed independently ad hoc by Ben-Aryeh and Brif and Oliveira et al. to study the modifications it brings to the SD theory. We call this model as E-model and generalize the both models (SD model and E-model) by including dissipation effects due to the imperfections of the cavity and of the detector. Finally, we study some specific applications of continuous photodetection theory (homodyne detection and detection of correlated photons) and compare the results between the two models. The second trend of this dissertation is related to the study of entanglement of continuous variables quantum states. We give a simplified form of Simon s separability criterion for two-mode Gaussian states, showing that for systems whose unitary evolution is governed by arbitrary time-dependent quadratic Hamiltonians, the separability dynamics is completely described in terms of the determinant of the cross-covariance matrix. As concrete examples we consider the evolution of the inverse negativity coefficient (which gives a quantitative estimation of the degree of entanglement ) for two initially uncoupled modes (each being in a squeezed thermal state) in the cases of parametric converter, parametric amplifier and for a cavity whose boundary oscillates in resonance with two field modes. / Esta dissertação abrange duas linhas de trabalho em óptica quântica moderna. A primeira está ligada à teoria de fotocontagem, especificamente à teoria de medições contínuas desenvolvida por Srinivas e Davies (SD) nos anos 1980, cujo ingrediente fundamental é a escolha correta do super-operador de salto quântico. Nós deduzimos de primeiros princípios vários super-operadores possíveis de salto quântico e empregamos um deles o super-operador de salto quântico não-linear , proposto independentemente ad hoc por Ben-Aryeh e Brif e Oliveira et al. para estudar as modificações que ele traz na teoria de SD, principalmente na previsão de algumas probabilidades de coincidência. Chamamos este modelo alternativo de E-model e generalizamos ambos os modelos (o de SD e E-model) ao introduzir efeitos dissipativos na teoria, tanto devido à cavidade, quanto ao detector imperfeitos. Por fim, estudamos algumas aplicações específicas da teoria de fotocontagem contínua (detecção homódina e detecção de fótons correlacionados) comparando as previsões dos dois modelos. A segunda parte da dissertação está relacionada como estudo de emaranhamento de estados quânticos de variáveis contínuas. Nós obtivemos uma forma simplificada de critério de separabilidade de Simon para estados Gaussianos bipartites, mostrando que para sistemas cuja evolução é governada por Hamiltonianos quadráticos arbitrários, a dinâmica de separabilidade é descrita completamente em termos do determinante da matriz de covariância cruzada. Como exemplos concretos, consideramos a evolução do coeficiente de negatividade inversa (que dá uma estimativa quantitativa do grau de emaranhamento ) para dois modos inicialmente desacoplados (cada um existindo em estado térmico comprimido) nos casos de conversão paramétrica, amplificação paramétrica e para uma cavidade cuja fronteira oscila em ressonância com dois modos do campo.

Recentemente, uma quantidade de informação/computação quântica chamada complexidade computacional tem adquirido mais e mais importância no estudo de buracos negros.Resumidamente, complexidade mede a dificuldade de alguma tarefa. No contexto de mecânica quântica (ou mesmo para estados em uma CFT), qualquer estado tem uma complexidade associada, uma vez que o processo de preparar algum estado, usando operações unitárias, é uma tarefa por sí só. Propostas holográficas para o cálculo de complexidade tem sido desenvolvidas nos anos recentes. Há duas delas que estão mais desenvolvidas: as conjecturas complexidade=volume e complexidade=ação. No contexto da correspondência AdS/CFT é sabido que o buraco negro de Schwarzschild em AdS é dual à um estado térmico que descreve duas CFTs emaranhadas. Para esse caso em específico, a conjectura complexidade=volume iguala a complexidade do estado que descreve esse par de CFTs emaranhadas com o volume da máxima superfície de codimensão um no espaço-tempo dual. Por outro lado, a conjectura complexidade=ação iguala a complexidade da borda com a ação gravitacional calculada sobre uma região do espaço-tempo conhecida como Wheeler-DeWitt patch. O objetivo dessa tese é proporcionar os requisitos necessários para entender as conjecturas relacionadas com complexidade, monstrando alguns resultados importantes proporcionados pelos cálculos holográficos no lado gravitacional. / In recent years, a quantity from quantum information/computation called computational complexity has been acquiring more and more importance in the study of black holes. Briefly, complexity measures the hardness of some task. In the context of quantum mechanics (or even for states in a CFT), any state has an associated complexity, once the process of to preparing some state, using unitary operations, is a task by itself. Holographic proposals for the computation of complexity have been developed in recent years. There are two of them that are more developed: the complexity=volume and complexity=action conjectures. In the context of the AdS/CFT correspondence, it is known that the two sided AdS-Schwarzschild black hole is dual to some thermal state that describes two entangled CFTs. For this specific case, the complexity=volume conjecture equates the complexity of the state that describes this pair of entangled CFTs with the volume of the maximal codimension-one surface in the dual space-time. On the other hand, the complexity=action conjecture equates the boundary complexity with the gravitational action evaluated on a region of space-time known as the Wheeler-DeWitt patch. The goal of this thesis is to provide the necessary requisites to understand the conjectures related to complexity, showing some important results provided by holographic computations on the gravitational side.