A eletrodinâmica clássica estocástica pode ser entendida como sendo a teoria clássica de Maxwell, onde se inclui um novo elemento da realidade física: As flutuações eletromagnéticas de ponto zero. Sob esse enfoque, estudamos a interação de um \"ensemble\", de osciladores harmônicos carregados com a radiação térmica e de ponto zero (atérmica). Incluímos os efeitos de dissipação através da força de reação da radiação. Além disso estudamos também a excitação do oscilador por uma força determinística com dependência temporal arbitrária. Nossa análise estatística do sistema físico é baseada na solução exata da equação de Fokker-Planck adequada ao problema. Obtém-se a evolução temporal, no espaço de fase, para uma dada distribuição inicial que caracteriza um \"ensemble\" de osciladores forçados que apresentam estados excitados na forma de estados coerentes e estados coerentes comprimidos e pulsantes. A comparação direta com a formulação quântica do mesmo problema nos faz reconhecer que é possível obter da física clássica alguns resultados antes só obtidos pela teoria quântica. Identificamos na radiação de ponto zero o ingrediente que torna possível entender a estabilidade do estado fundamental e o princípio de incerteza. / Classical stochastic electrodynamics may be understood as classical electrodynamics theory, when a new element of physical reality is included: The zero point electrodynamics fluctuations. Under this approach, we study the interaction of a charged harmonic oscillator with the thermal radiation and zero point radiation. We include the effect of dissipation by the radiation reaction force. We also study the excitation of this oscillator by a deterministic force with arbitrary temporal dependence. Our statistical analysis of the physical system is based on the exact solution of the appropriate Fokker-Planck equation. We get the temporal evolution in phase space for a given initial distribution that characterizes one \"ensemble\" of forced oscillators that presents excited states in the coherent and squeezed states form. A direct comparison with the quantum formulation of the same problem make us recognize that it is possible to get some results from classical physics which were accomplished previously only by quantum theory. We identify in the zero point radiation the ingredient that makes it possible to understand the stability of the fundamental state and the uncertainty principle.

Neste trabalho realizamos a implementação experimental de informação quântica (IQ) em um sistema de dois bits quânticos (q-bits) de spin 3/2 via ressonância quadrupolar nuclear (RQN). Foram implementadas portas lógicas quânticas que são necessárias para a criação e manipulação dos estados pseudo-puros (PPSs). Ademais, foi proposto um método de tomografia de estado quântico (TEQ) baseado na seleção de coerências de múltiplo quantum por ciclagem de fases. A TEQ foi empregada para avaliar os estados quânticos implementados experimentalmente. A amostra utilizada foi um monocristal de KClO3, o núcleo medido foi 35Cl, que possui spin 3/2. Neste sistema foi possível obter os quatro PPSs da base computacional. Sobre os PPSs foram aplicados portas lógicas quânticas CNOT e Hadamard, que produziram estados de sobreposição e estados emaranhados. Sobre os estados emaranhados foram analisados os conceitos de correlações clássicas e quânticas. A TEQ dos estados implementados experimentalmente mostrou altas fidelidades (maior de 90%). Também foi possível criar estados coerentes de spin aplicando rotações sobre os PPSs. Com base nos estados coerentes de spin foram gerados estados coerentes comprimidos mediante a aplicação de evoluções não lineares, presentes naturalmente em sistemas de RQN. Estes resultados promissores mostram que a RQN pode ser satisfatoriamente aplicada como uma ferramenta experimental em estudos de IQ. / In this work we describe the experimental implementation of quantum information processing (QIP) in a two spin qubits system by nuclear quadrupole resonance (NQR). We implemented quantum gates and their applications in the creation and manipulation of pseudo-pure state (PPS). Furthermore, we propose one method of Quantum State Tomography (QST) based on coherence pathways selected by RF phase cycling. QST is one of the tools used to evaluate QIP implementations, it allows to completely evaluate the quantum state of the spin system. We experimentally implemented NQR-QIP in a KClO3 single crystal and observing 35Cl, a spin 3/2 nucleus. It was possible to obtain all the four PPS associated with the computational basis and to apply the Controlled-not (CNOT) and Hadamard gates on them. The reading of the resulting states was performed by the proposed QST method, and resulted in experimental quantum state fidelities greater than 90%. It was also possible to create squeezed spin states. This states are generated by non linear interactions, which naturally arise in a NQR system. These are very promising results and they indicate that NQR can be successfully applied as an experimental tool for studying fundamental QIP theory.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 283471 bytes, checksum: 3c03d229984755f09c77c7e98c3f465e (MD5) Previous issue date: 2011-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we present a quantum description of a mesoscopic RLC circuit without source. For this purpose, we model this system for that of a damped harmonic oscillator which is described by the Caldirola-Kanai Hamiltonian. Then, with the aid of the quantum invariant method we solve the Schrödinger equation associated with this Hamiltonian and write the corresponding wave functions in terms of a particular solution of the Milne-Pinney equation. We also construct coherent states for the RLC quantized, and evaluate the quantum fluctuations of the charge and the magnetic flux, as well as the corresponding product of uncertainty. / Nesta dissertação, apresentamos uma descrição quântica de um circuito RLC mesoscópico sem fonte. Com esta finalidade, modelamos este sistema para aquele de um oscilador harmônico amortecido, que é descrito pelo Hamiltoniano de Caldirola-Kanai. Então, com a ajuda do método de invariantes quânticos, resolvemos a equação de Schrödinger para este Hamiltoniano e escrevemos as funções de onda correspondentes em termos da solução particular da equação de Milne-Pinney. Também construímos estados coerentes para o circuito RLC quantizado, e calculamos as flutuações quânticas da carga e do fluxo magnético, bem como o produto de incerteza correspondente.

Nesta tese, obtemos estados quânticos que satisfazem a equação de Schrödinger, para Hamiltonianos quadráticos de forma geral e, ao mesmo tempo, permitem de maneira natural obter a correspondência com a descrição clássica. Usamos o método de integrais de movimento para construir operadores de criação e aniquilação, que satisfazem a álgebra de Weyl-Heisenberg. Dessa forma, construímos os estados de número generalizados (ENG) de maneira análoga ao que é feito para os estados de Fock. Obtemos diferentes famílias de estados coerentes (EC), através de uma superposição dos ENG, que chamamos de estados coerentes generalizados (ECG). Esses estados são rotulados pela constante complexa z escrita em termos do valor esperado inicial da coordenada e do momento. Escrevemos os ECG em função do desvio padrão inicial na coordenada, $\\sigma_q$, de modo a minimizar a relação de incerteza de Heisenberg no instante de tempo inicial. Obtemos, de forma pioneira, os ECG para partícula livre e discutimos em detalhes suas propriedades, tal como a relação de completeza, a minimização das relações de incerteza e a evolução da correspondente densidade de probabilidade. Mostramos que o valor esperado da coordenada e do momento segue ao longo da trajetória clássica no espaço de fase. Mostramos que, quando o comprimento de onda da partícula livre é muito menor que $\\sigma_q$, os EC se comportam como estados semiclássicos. Além da partícula livre, construímos pela primeira vez, os ECG para o oscilador invertido e discutimos em detalhes suas propriedades. Mostramos que os ECG de sistemas diferentes podem ser relacionados, impondo condições sobre os parâmetros do Hamiltoniano. Por fim, consideramos Hamiltonianos dependentes do tempo, em particular, construímos os ECG, de forma exata, para um oscilador harmônico cuja frequência varia explicitamente no tempo. Mostramos ainda modelos úteis para obter solução exata de sistemas dependentes do tempo, fazendo analogia com a equação de spin ou equação de Schrödinger unidimensional independente do tempo. Além disso, desenvolvemos um método próprio, que fixa a solução e em seguida determinamos a forma da frequência. / In this thesis we obtain quantum states that satisfy the Schrödinger equation for quadratic Hamiltonians in the general form and at the same time allow, naturally, to obtain the correspondence with the classical description. For this, we use the method of integrals of motion to construct creation and annihilation operators, which satisfy the algebra of Weyl-Heisenberg. Thus, we obtain the generalized number states (GNS) in the same way that is done for the Fock states. We obtain diferent families of coherent states (CS) that we call generalized CS (GCS), by a superposition of GNS. These states are labeled by a complex constant z which is written in terms of the initial expected values of the coordinate and momentum. We write the GCS in terms of the initial standard deviation of the coordinate, $\\sigma_q$, which provides the minimization of Heisenberg uncertainty relation at the initial instant time. In particular, we obtain for the first time the GCS for the free particle and discuss in detail their properties, such as the completeness relation, the minimization of uncertainty relations, and the evolution of the corresponding probability density. We show that the expected values of coordinated and momentum propagate along the classical trajectory in phas espace. When the Compton wavelength is much smaller than $\\sigma_q$, the CS can be considered a semiclassical state. In addition to the free particle, we obtain for the first time the GCS for the inverted oscillator and discuss in detail their properties. We show that the GCS of diferent systems can be related by imposing conditions on the parameters of the Hamiltonian. Finally, we consider the time-dependent Hamiltonian, especially to obtain the GCS for a harmonic oscillator whose frequency varies explicitly in time. We also show useful models to obtain exact solution for time-dependent systems, by analogy with the spin equation or one-dimensionaltime-independent Schrödinger equation, as well as a method which consists first to find the solution and then determine the shape of the frequency.

Neste trabalho realizamos a implementação experimental de informação quântica (IQ) em um sistema de dois bits quânticos (q-bits) de spin 3/2 via ressonância quadrupolar nuclear (RQN). Foram implementadas portas lógicas quânticas que são necessárias para a criação e manipulação dos estados pseudo-puros (PPSs). Ademais, foi proposto um método de tomografia de estado quântico (TEQ) baseado na seleção de coerências de múltiplo quantum por ciclagem de fases. A TEQ foi empregada para avaliar os estados quânticos implementados experimentalmente. A amostra utilizada foi um monocristal de KClO3, o núcleo medido foi 35Cl, que possui spin 3/2. Neste sistema foi possível obter os quatro PPSs da base computacional. Sobre os PPSs foram aplicados portas lógicas quânticas CNOT e Hadamard, que produziram estados de sobreposição e estados emaranhados. Sobre os estados emaranhados foram analisados os conceitos de correlações clássicas e quânticas. A TEQ dos estados implementados experimentalmente mostrou altas fidelidades (maior de 90%). Também foi possível criar estados coerentes de spin aplicando rotações sobre os PPSs. Com base nos estados coerentes de spin foram gerados estados coerentes comprimidos mediante a aplicação de evoluções não lineares, presentes naturalmente em sistemas de RQN. Estes resultados promissores mostram que a RQN pode ser satisfatoriamente aplicada como uma ferramenta experimental em estudos de IQ. / In this work we describe the experimental implementation of quantum information processing (QIP) in a two spin qubits system by nuclear quadrupole resonance (NQR). We implemented quantum gates and their applications in the creation and manipulation of pseudo-pure state (PPS). Furthermore, we propose one method of Quantum State Tomography (QST) based on coherence pathways selected by RF phase cycling. QST is one of the tools used to evaluate QIP implementations, it allows to completely evaluate the quantum state of the spin system. We experimentally implemented NQR-QIP in a KClO3 single crystal and observing 35Cl, a spin 3/2 nucleus. It was possible to obtain all the four PPS associated with the computational basis and to apply the Controlled-not (CNOT) and Hadamard gates on them. The reading of the resulting states was performed by the proposed QST method, and resulted in experimental quantum state fidelities greater than 90%. It was also possible to create squeezed spin states. This states are generated by non linear interactions, which naturally arise in a NQR system. These are very promising results and they indicate that NQR can be successfully applied as an experimental tool for studying fundamental QIP theory.

Neste trabalho introduzimos a representação de estados coerentes de fônons e desenvolvemos o formalismo para o tratamento do campo sujeito a excitações lineares. Obtemos a equação de Fokker-Planck para a função distribuição associada ao operador densidade assim como as amplitudes dos estados devidas à excitação. Como aplicação, usamos a interação fóton-núcleo para o estudo de algumas propriedades fundamentais do efeito Mössbauer. Obtivemos, de uma maneira muito simples, a energia e o momento linear transferidos ao cristal devido à absorção ou emissão de um raio gama e a relação entre o operador criação do estado coerente /β> e a função de espalhamento Fs(k, t). Mostramos claramente que o efeito Mössbauer é devido a transições de zero-fonons O efeito da temperatura sobre probabilidades de trasições e sobre medições também aparece de um modo claro / We introduce the representation of coherent states of phonons and develop the procedures to treat the field with linear excitation. We obtain the Fokker-Planck equation of the distribution function associated with the density operator as well as the amplitudes of the states due to the excitation. As an application, we use the interaction photon-nucleus in the study of some fundamental properties of Mössbauer effect. We obtain, in a very simple way, the energy and linear momentum transferred to the crystal due to absorption or emission of a gamma ray and the connection between the creation operator of the /β> coherent state and the scattering function Fs(k, t). We show clearly that Mössbauer effect is due to zero-phonon transitions. The effect of temperature on transition probabilities and measurements arises in a clear way

O objetivo desta Tese foi a aplicação da teoria dos estados coerentes para sistemas quânticos não-triviais. A partir da definição de estados coerentes para grupos de Lie compactos em geral, nos dedicamos a uma investigação detalhada da construção de tais estados e de suas propriedades no caso do grupo simplético unitário Sp(4), que é extremamente importante tanto em mecânica quântica quanto em mecânica clássica. Esse grupo possui uma complexidade intermediária, que permite um tratamento analítico ainda que apresente propriedades não-triviais do ponto de vista de teoria de representação de álgebras de Lie. Os estados coerentes obtidos nos permitiram uma investigação do limite clássico para sistemas com simetria Sp(4) e uma conexão com a teoria do caos em mecânica quântica. Além disso, tratamos uma proposta recente de generalização do conceito de estados coerentes para sistemas de espectro discreto não-degenerado, os estados de Gazeau-Klauder. Esses estados foram aplicados a um problema de magnetização bidimensional e também ao potencial unidimensional de mínimos duplos, onde observamos o aparecimento dos estados chamados \"Gatos de Schrödinger\", que consistem na superposição de dois estados de mínima incerteza. / The subject of the Thesis was the aplication of the coherent states theory to non-trivial quantum systems. Starting from the general definition of coherent states for compact Lie groups, we made a detailed investigation of the construction of these states and its properties in the case of the unitary symplectic group Sp(4), which is extremely important in both quantum and classical mechanics. This group has an intermediate complexity, allowing an analytic treatment while presenting non-trivial properties from the point of view of represention theory of Lie algebras. The coherent states so obtained allowed us an investigation of the classical limit of systems with Sp(4) symmetry and a conection with the theory of chaos in quantum mechanics. Besides that, we have treated a recent generalization of the concept of coherent states for systems with discrete and nondegenerate spectrum, the Gazeau-Klauder states. These states were applied to a twodimensional magnetization problem and also to the onedimensional double-well potential, where we have observed the appearence of the so-called \"Schrödinger cats\", which consist in the superposition of two minimum-uncertainty states.

Os fundamentos para os métodos algébricos unidimensionais baseados na álgebra de momentum angular su(2)(clássica e deformada) são apresentados numa forma adequada à descrição de vibrações moleculares de sistemas diatômicos e de sistemas poliatômicos planares com simetria C_{2v}. Aplicações detalhadas envolvendo os estados vibracionais e seus respectivos potenciais foram exaustivamente desenvolvidas para os dois primeiros estados eletrônicos (A-X Sigma) dos sistemas diatômicos LiH (e seus isotopômeros), NaH, KH, RbH, CsH, e Li2. Alguns outros estados eletrônicos mais excitados também foram analisados algebricamente. Os potenciais vibracionais semi-clássicos foram calculados via estados coerentes do grupo SU(2). Calculamos também fatores de Franck-Condon usando as autofun{ções de Morse diretamente, sem qualquer necessidade de linearizações. O presente trabalho é a análise algébrica mais detalhada até o momento sobre moléculas diatômicas, pois envolve um grande número de moléculas distintas e seus estados eletrônicos excitados, os quais ainda não haviam sido analisados algebricamente. Além disto, outras propriedades físicas, como os fatores de Franck-Condon e potenciais vibracionais foram discutidos aqui em detalhes pela primeira vez. O propósito deste trabalho foi de servir como um laboratório para futuras aplicações de modelos algébricos unidimensionais a sistemas moleculares maiores, onde suas potencialidades e, principalmente, suas limitações pudessem ser testadas de forma clara. Além disto, devemos destacar também o aumento expressivo na quantidade de trabalhos sobre moléculas diatômicas e triatômicas devido à importância destas em questões de interesse mundial, como o efeito estufa, e questões de relevância acadêmica, como a espectroscopia em tempo real e de moléculas frias.

A eletrodinâmica clássica estocástica pode ser entendida como sendo a teoria clássica de Maxwell, onde se inclui um novo elemento da realidade física: As flutuações eletromagnéticas de ponto zero. Sob esse enfoque, estudamos a interação de um \"ensemble\", de osciladores harmônicos carregados com a radiação térmica e de ponto zero (atérmica). Incluímos os efeitos de dissipação através da força de reação da radiação. Além disso estudamos também a excitação do oscilador por uma força determinística com dependência temporal arbitrária. Nossa análise estatística do sistema físico é baseada na solução exata da equação de Fokker-Planck adequada ao problema. Obtém-se a evolução temporal, no espaço de fase, para uma dada distribuição inicial que caracteriza um \"ensemble\" de osciladores forçados que apresentam estados excitados na forma de estados coerentes e estados coerentes comprimidos e pulsantes. A comparação direta com a formulação quântica do mesmo problema nos faz reconhecer que é possível obter da física clássica alguns resultados antes só obtidos pela teoria quântica. Identificamos na radiação de ponto zero o ingrediente que torna possível entender a estabilidade do estado fundamental e o princípio de incerteza. / Classical stochastic electrodynamics may be understood as classical electrodynamics theory, when a new element of physical reality is included: The zero point electrodynamics fluctuations. Under this approach, we study the interaction of a charged harmonic oscillator with the thermal radiation and zero point radiation. We include the effect of dissipation by the radiation reaction force. We also study the excitation of this oscillator by a deterministic force with arbitrary temporal dependence. Our statistical analysis of the physical system is based on the exact solution of the appropriate Fokker-Planck equation. We get the temporal evolution in phase space for a given initial distribution that characterizes one \"ensemble\" of forced oscillators that presents excited states in the coherent and squeezed states form. A direct comparison with the quantum formulation of the same problem make us recognize that it is possible to get some results from classical physics which were accomplished previously only by quantum theory. We identify in the zero point radiation the ingredient that makes it possible to understand the stability of the fundamental state and the uncertainty principle.

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T00:40:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_LuisCoelhodos_D.pdf: 950495 bytes, checksum: 6d6e6d4fadee89455b54a57206af4e76 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A supercompleteza da base de estados coerentes gera uma multiplicidade de representações da integral de trajetória de Feynman. Estas diferentes representações, embora equivalentes quanticamente, levam a diferentes limites semiclássicos. Baranger et al calcularam o limite semiclássico de duas formas para a integral de trajetória, sugeridas por Klauder e Skagerstam. Cada uma destas fórmulas envolve trajetórias governadas por uma diferente representação clássica do operador Hamiltoniano: a representação P em um caso e a representação Q no outro. Nesta tese, nós construímos outras duas representações da integral de trajetória, cujos limites semiclássicos envolvem diretamente a representação de Weyl do operador Hamiltoniano, isto é, a própria Hamiltoniana classica. Mostramos que, no limite semiclássico, a dinâmica na representação de Weyl é independente da largura dos estados coerentes e o propagador é também livre das correções de fase encontradas em todos os outros casos. Além disto, fornecemos uma conexão explícita entre as representações quânticas de Weyl e de Husimi no espaço de fases / Abstract: The overcompleteness of the coherent states basis gives rise to a multiplicity of representations of Feynman¿s path integral. These different representations, although equivalent quantum mechanically, lead to different semiclassical limits. Baranger et al derived the semiclassical limit of two path integral forms suggested by Klauder and Skagerstam. Each of these formulas involve trajectories governed by a different classical representation of the Hamiltonian operator: the P representation in one case and the Q representation in the other one. In this thesis we construct two other representations of the path integral whose semiclassical limit involves directly the Weyl representation of the Hamiltonian operator, i.e., the classical Hamiltonian itself. We show that, in the semiclassical limit, the dynamics in the Weyl representation is independent of the coherent states width and that the propagator is also free from the phase corrections found in all the other cases. Besides, we obtain an explicit connection between the Weyl and the Husimi phase space representations of quantum mechanics / Doutorado / Física Clássica e Física Quântica : Mecânica e Campos / Doutor em Ciências