Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-30Bitstream added on 2014-06-13T18:51:25Z : No. of bitstreams: 1 brandao_c_me_sjrp.pdf: 2464888 bytes, checksum: 22ba55e346e2ad76af2e1695d3998ff4 (MD5) / Nesta dissertação, além da apresentação de um ensaio teórico sobre a fundamentação da Mecânica Quântica, Computação, Informação Quântica, Criptografia e Entropias Quânticas, serão mostradas, de forma inédita, algumas implementações sobre o efeito da Entropia no Emaranhamento Quântico, importante para processos de transmissão da Informação Quântica, com o uso dos programas Mathematica e Matlab. Primeiramente e apresentado um breve histórico sobre a Computação Quântica e a Informação Quântica, junto com uma perspectiva do futuro. Logo em seguida uma breve introdu cão sobre a Mecânica Quântica, com o estudo de autovetores e autovalores e seus postulados, produtos tensoriais e o micro-universo. Na sequência um texto sucinto com os conceitos fundamentais da Computação Quântica como os bits quânticos, e portas lógicas. Além dos principais algoritmos quânticos. Depois passa-se a estudar a Informa ção Quântica, as operações quânticas, canais de inversão e polarização, para então chegar-se a Entropia, quando e feito um estudo comparativo entre as entropias de Von Neumann e Tsallis. E por fim um pouco de Criptografia Quântica. / In this dissertation, beyond the presentation of a theoretical essay on the basis of the Quantum Mechanics, Computation, Quantum information, Quantum Criptografy and Entropies, it will also be shown, for rst time, some implementations on the e ect of the Entropy tests on Quantum Entanglement for processes of transmission of Quantum Information, through the uses Mathematica and Matlab Programs. First I present a historical brie ng on the Quantum Computation and Quantum Information, together with a perspective of the future. Afterwards it will shown on introduction on the Quantum Mechanics, and its postulates, and the micro-universe. In sequence, a brief text with the fundamental concepts of the Quantum Computation, as the quantum bits, logic gates, and the main quantum algorithms. Later we will start to study Quantum Information, the quantum operations, channels of inversion and polarization. Furthermore we will go to discuss Entropy, where it is made a comparative study of Entropies of Von Neumann and Tsallis. And nally a little of Quantum Criptografy will be worked out.

Orientador: Horatiu Stefan Nastase / Banca: Rogério Rosenfeld / Banca: Victor Rivelles / Resumo: Nesta dissertação estudamos o mecanismo atrator e a função entropia para buracos negros. Depois de revisarmos alguns aspectos de Relatividade Geral e buracos negros do tipo Schwarzschild, Reissner-Nordstrom e Kerr-Neumann demonstraremos detalhadamente como são deduzidas a lei zero e a primeira lei das chamadas Leis da Termodinâmica de Buracos Negros. Apresentaremos também a segunda e a terceira destas leis e discutiremos a relação entre as Leis da Termodinâmica e as Leis da Termodinâmica de Buracos Negros. Após isso, apresentaremos um exemplo para demonstrar como ocorre o chamado fenômeno atrator, que faz com que todos os campos escalares admitam o mesmo valor sobre o horizonte de eventos do buraco negro, fazendo-os então perder toda a memória de suas condições iniciais no infinito. Finalmente, apresentaremos a dedução da chamada função entropia de Sen, e demonstraremos sua importância no que se refere ao estudo dos campos escalares de um buraco negro para a geometria próxima ao horizonte de eventos, ou seja, para o mecanismo atrator. Demonstraremos a validade deste formalismo através da solução de Reissner-Nordstrom usual em 4 dimensões e de uma teoria correspondendo à parte bosônica de uma ação da supergravidade à baixas energias / Abstract: In this Master Thesis we study the attracto rmechanism and the entrop yfunction for black holes. After reviewing some aspects of General Relativity and black holes solutions of the Schwarzschild, Reissner-Nordstrom and Kerr-Newmann type, we give a detailed derivation of the zeroth and first of the so-called Laws of Black Hole Thermodynamics. We will also present the second and third laws and discuss the relation between The Laws of Thermodynamics and The Laws of Black Hole Thermodynamics. Then we will present an example of how the so-called attractor phenomena occurs, which makes all the scalar fields assume the same value on the black hole event horizon, forcing them to lose all the memory of their initial conditions at the infinity. Finally, we will present the derivation of the so-called Sen's entropy function, and we will show its importance concerning the study of scalar fields of a black hole for the near horizon geometry, or in other words, for the attractor mechanism. We will show the validity of this formalism through the usual Reissner-Nordstrom solution in 4 dimensions and a theory corresponding to the bosonic part of a low energy supergravity action / Mestre

Este trabalho faz um estudo do uso da entropia como ferramenta para o reconhecimento de padrões em imagens. A entropia é um conceito utilizado em termodinâmica para medir o grau de organização de um meio. Entretanto, este conceito pode ser ampliado para outras áreas do conhecimento. A adoção do conceito em Teoria da Informação e, por consequência, em reconhecimento de padrões foi introduzida por Shannon no trabalho intitulado \"A Mathematical Theory of Communication\", publicado no ano de 1948. Neste mestrado, além da entropia clássica de Boltzman-Gibbs-Shannon, são investigadas a entropia generalizada de Tsallis e suas variantes (análise multi-escala, múltiplo índice q e seleção de atributos), aplicadas ao reconhecimento de padrões em imagens. Utilizando bases de dados bem conhecidas na literatura, realizou-se estudos comparativos entre as técnicas. Os resultados mostram que a entropia de Tsallis, através de análise multi-escala e múltiplo índice q, tem grande vantagem sobre a entropia de Boltzman-Gibbs-Shannon. Aplicações práticas deste estudo são propostas com o intuito de demonstrar o potencial do método. / This work studies the use of entropy as a tool for pattern recognition in images. Entropy is a concept used in thermodynamics to measure the degree of organization of a system. However, this concept can be extended to other areas of knowledge. The adoption of the concept in information theory and, consequently, in pattern recognition was introduced by Shannon in the paper entitled \"A Mathematical Theory of Communication\", published in 1948. In this master thesis, the classical Boltzmann-Gibbs-Shannon entropy, the generalized Tsallis entropy and its variants (multi-scale analysis, multiple q index, and feature selection) are studied, applied to pattern recognition in images. Using well known databases, we performed comparative studies between the techniques. The results show that the Tsallis entropy, through multiscale analysis and multiple q index has a great advantage over the classical Boltzmann-Gibbs- Shannon entropy. Practical applications of this study are proposed in order to demonstrate the potential of the method.

O estudo dos centros geradores de padrão, CPGs, ´e um excelente exemplo das limitações do método reducionista, na tentativa de explicar um comportamento de ordem mais global. Não queremos, com isso, relegar a descrição esmiuçada dos mecanismos biofísicos e moleculares ao ostracismo. Muito pelo contrário, iremos nos apropriar de um subconjunto desses conceitos, na forma do modelo de Hodgkin & Huxley, para construir um sistema de simulação computacional de redes neurais, em pequena escala, passível de realizar duas métricas. Uma destinada a medir a complexidade da geração de informação circulante interna a rede, enquanto a outra traz dados relativos ao consumo energético das células neurais. Espera-se, com isso, alguma resposta para a seguinte questão: existe algum mecanismo, algum princípio básico em redes que oscilam, capaz de mapear um mínimo de uma grandeza física externa em algum outro mínimo interno a rede? Ao que tudo indica a resposta é afirmativa. Apresentaremos um tal ponto de minimização, juntamente com um formalismo, ainda em desenvolvimento, que justifica os resultados / The study of central pattern generators is a great example of the limitations in a reductionist approach, to achieve global knowledge about a system. We are not neglecting the importance of biophysical and molecular mechanisms. Quite the contrary, we will apply some of this concepts by means of Hodgkin & Huxley formalism, to build up a small form factor neural network software simulator. This platform will be able to perform two measurements, informational complexity and metabolic consumption with the aim of answer the question: is there some mechanism, some basic principle in oscillatory networks, capable of mapping a minimum in an external physical quantity into another minimum internal to the network? It seems that the answer is affirmative. We will present this minimization point, together with an under development formalism, to embase the results

Os sistemas biológicos interagem com o ambiente em que vivem de muitas formas, e uma das principais formas na qual essa interação se dá é pela transmissão de mensagens, de diversas maneiras. A transmissão de mensagens por vias sonoras, em animais, é uma questão muito abordada em muitos estudos por ser uma importante via de comunicação utilizada por diversos tipos de sistemas biológicos. Este trabalho tem como objetivo verificar, pelo viés da Teoria da Informação de Shannon, se através da organização das séries temporais referentes à comunicação é possível observar a diminuição de geração de entropia no sistema nervoso referente ao processamento dos sinais sonoros de comunicação. Para tanto, utilizou-se, como sistemas-modelo, três espécies de anuros, Scinax perpusillus e Hypsiboas faber e Hypsiboas pardalis. Ferramentas de análise não-lineares, como a Entropia Aproximada Volumétrica, Análise de Potência Espectral e Plot de Poincaré, foram utilizados para caracterizar a variabilidade tanto do sinal emitido por um único animal quanto dos sinais trocados entre indivíduos da mesma espécie. Foi verificado que as séries temporais analisadas são altamente variáveis, com os intervalos entre vocalizações sendo descritos por distribuições de Lévy. As séries temporais relativas à interação entre indivíduos da mesma espécie apresentam uma alta variabilidade, porém menor que as individuais. Devido ao controle neural exercido na vocalização em anuros, é possível que a variabilidade apresentada pelas séries otimize o processo de emissão sonora, diminuindo a sobreposição de vocalizações entre indivíduos. A diminuição da variabilidade da interação entre indivíduos pode ser um indicativo da diminuição da geração de entropia no processo de comunicação destes animais. / Biological systems interact with their environment in many forms. The way these interactions occur can be assigned, ultimately, as the transmission of messages. Transmission of messages by sound waves, in animals, is a well studied subject because they are an important way of communication used by many groups. The objective of the present work is to verify whether the central nervous system presents entropy generation minimization in processing communicating sound signals. The approach employed is derived from Shannons Information Theory. The temporal organization of the time intervals between successive vocalizations was the subject of analysis. Recordings of three anuran species, Scinax perpusillus, Hypsiboas faber and Hypsiboas pardalis were used. Non-linear analyses were performed by tools as Volumetric Approximated Entropy, Power Spectrum Analysis and Poincaré Plot in order to address the variability of the signals emitted by a single animal, as well as the signals exchanged among individuals of the same species. The time-series data analyzed present highly variability and can be adequately described by Lévys distributions. The time-series data of the interactions among individuals also present high variability, however such a variability is not as high as the variability of single individuals. The results suggest that the neural system works in a way that reduces the probability of vocalizations overlapping. The reduction in variability of the interactions among individuals is, perhaps, linked to a minimization of entropy generation in the communication process of these animals.

Estudamos o efeito de uma tangência homoclínica na variação da entropia topológica. Provamos que um difeomorfismo com uma tangência homoclínica associada a uma peça básica com máxima entropia é um ponto de variação da entropia na topologia \'C POT. INFINITO\'. Além disso, discutimos o problema variacional na topologia \'C POT.1\' e apresentamos um exemplo de descontinuidade da entropia em dimensão três. Um resultado devido a Newhouse afirma que um difeomorfismo genérico sobre uma superfície com um conjunto homoclínico que contém uma tangência correspondente a um ponto periódico dissipativo, não pode ter medidas de SRB suportadas no conjunto homoclínico. Generalizamos este resultado para dimensões maiores, no caso em que a tangência homoclínica está associada com uma sela seccionalmente dissipativa / We study the effect of a homoclinic tangency in the variation of the topological entropy. We prove that a diffeomorphism with a homoclinic tangency associated to a basic hyperbolic set with maximal entropy is a point of entropy variation in the \'C POT THE INFINITE\' topology. We also discuss variational problem in \'C POT.1\' topology and we show an example of discontinuity of the entropy in dimension three. A result due to Newhouse states that a generic surface diffeomorphism with a homoclinic set containing a tangency associated to a dissipative periodic point, can not have SRB (Sinai-Ruelle-Bowen) measures supported on the homoclinic set. We generalize this result to higher dimensions, in the case where the homoclinic tangency is associated to a sectionally dissipative saddle

O trabalho apresenta uma análise experimental da distirbuição do tamanho das gotas do spray, gerado pelos injetores de um motor de combustão interna, através da técnica interferométrica a laser com o equipamento Malvern Mastersizer. Foi utilizado um motor diesel com gerenciamento eletrônico da injeção, do qual se derivou um dos tubos de alta pressão para alimentar o conjunto porta-injetor de teste, montado em uma câmara pressurizada com gás inerte, provida de janelas transparentes. A montagem permite o funcionamento autônomo do motor sobre uma base móvel, montada junto a um pórtico no qual o equipamento Malvern Mastersizer foi instalado, de maneira que a câmara fique posicionada na área de amostragem do equipamento, entre o emissor e o receptor do feixe de laser. Com o motor funcionando em regime de marcha lenta, com pressões de injeção da ordem de 280 . 105 Pa, é acionado o comando de uma das unidades injetoras, que assim promove a injeção na câmara de teste. Simultaneamente é iniciada a medição com o equipamento Malvern, que fornece a distribuição volumétrica contínua do tamanho das gotas. É feita também uma análise teórica do spray dos injetores, através de uma função simples de distribuição do tamanho de gotas derivada da aplicação do Princípio da Máxima Entropia, considerando a normalização da função distribuição de probabilidade e o princípio da conservação de massa. O método experimental mostrou-se satisfatoriamente apropriado para a análise dos injetores. A ferramenta teórica, apesar de não ser diretamente comparável com o método experimental, mostrou-se capaz de definir apenas o pico máximo da distribuição do tamanho de gotas do spray.

A introdução de uma nova expressão matemática para a entropia permite construir novos ensembles na Teoria das Matrizes Aleatórias. Neste trabalho, apresenta-se uma estrutura geral para construção de todos os possíveis ensemble. Portanto, os elementos das matrizes podem ser números reais, complexos ou mesmo quaternions. O principio da entropia (não-extensiva) máxima e o Cálculo Variacional são usados para realizar essa façanha. Esta tese está comprometida com a construção do Ensemble Ortogonal Generalizado, cujas matrizes aleatórias são simétricas e seus elementos são os números reais, especificamente. As distribuições das matrizes, as distribuições de um elemento da matriz e as estatísticas espectrais são obtidas, estudadas e os resultados apresentados. / The introduction of a new mathematical expression for the entropy allows the construction of new ensembles in Random Matrices Theory. A general structure is presented to the construction of all possible ensembles. Therefore the matrix\'s elements can be real numbers, complex numbers or even quaternions. The generalized of the maximum entropy (nonextensive) principle and the variational calculus are to use to realize this achievement. This thesis concerned with the construction of the Generalized Orthogonal Ensemble, whose random matrices are symetric and its elements are real numbers. The matrix distribuit ion, the distribuition of an element of the matrix and the spectrum statistical were to obtained, studied and the results presented.

Apresenta-se uma definição de sustentabilidade baseada na segunda lei da termodinâmica e mostra-se que, a partir essa definição, é possível desatrelar o crescimento econômico do uso dos recursos naturais, a fim de evitar que as forças do mercado se oponham a uma reestruturação do setor energético que tenha o objetivo de passar da atual matriz energética, que é insustentável, para uma que o seja usando apenas as fontes renováveis de energia de que o Brasil dispõe. A transição da matriz insustentável para uma sustentável implicará uma crescente racionalização do consumo, paralelamente ao emprego de energias renováveis e à redução do emprego de fontes não renováveis, tais como o petróleo e o gás natural. A partir de meados do presente século, a adaptação dos padrões de consumo e o desenvolvimento tecnológico permitirão que o emprego de fontes renováveis vá deslocando mais rapidamente as fontes não-renováveis, levando-as a uma posição tendente à anulação até o fim do século. No corpo da tese discute-se o emprego do princípio da precaução no planejamento energético e demonstra-se que o Brasil tem condições para se tornar praticamente independente de fontes não-renováveis de energia. / Starting with a definition of sustainability based on the entropy law, which enable us to proceed a decoupling of economic growth and exploitation of natural resources, we demonstrate that Brazil has enough renewable energy sources to move away from the present energy matrix, which is unsustainable, to a sustainable one, through a transition process based on the increasing use of renewable energies and rationalization of consumption, simultaneously with gradual decrease in the use of non-renewable energies such as oil and natural gas. From the middle of this century on, the use of non-renewable sources should decrease more rapidly, approaching a marginal position at the end of the century. In the thesis it is discussed the precaution principle in energy planning and it is proved that Brazil has the necessary material conditions to become practically independent of non-renewable energy sources.

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.