Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2013. / Submitted by Gomes Neide (neide@bce.unb.br) on 2014-07-18T20:15:57Z No. of bitstreams: 1 2013_Matheus Barbosa Horovits.pdf: 1131214 bytes, checksum: e43c415af4d23f408fbb64c3ca05e810 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-08-11T11:53:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_Matheus Barbosa Horovits.pdf: 1131214 bytes, checksum: e43c415af4d23f408fbb64c3ca05e810 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-11T11:53:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_Matheus Barbosa Horovits.pdf: 1131214 bytes, checksum: e43c415af4d23f408fbb64c3ca05e810 (MD5) / A “proximidade” entre dois estados quânticos tornou-se especialmente importante durante as duas últimas décadas para todas as aplicações da mecânica quântica. Hoje a grandeza mais utilizada para estabelecer essa “proximidade” é dada pelo valor absoluto do produto escalar entre dois estados quânticos chamada fidelidade. Neste trabalho questiona-se o uso apenas da fidelidade para garantir que dois estados sejam considerados “próximos” propondo que além da fidelidade outra grandeza também seja levada em consideração, no caso a energia. Estabeleceu-se e estudou-se os limites superiores do desvio relativo de energia entre dois estados quânticos com uma fidelidade fixa entre eles ou os limites superiores da fidelidade com um desvio relativo de energia fixo, para estados coerentes, comprimidos e superposições de dois estados coerentes (estados de “gato”). Os resultados mostraram que, por exemplo, para garantir um desvio relativo de energia inferior a 10% entre dois estados coerentes arbitrários (desconhecidos), a fidelidade deve exceder o nível 0,995. Para outros tipos de estados, as restrições podem ser muito mais intensas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The “closeness” between two quantum states became especially important during the last two decades for all applications of quantum mechanics. Today quantity more used to establish this 'closeness' is given by the absolute value of the inner product between two quantum states called fidelity. This work wants to question whether the use of fidelity alone is sufficient to conclude that the two states are truly “close”, or some additional quantities should be taken into account as well. We propose to use the relative energy difference as one of reasonable additional parameters. In this connection, we study the upper bounds of the relative energy difference between two quantum states with a fixed fidelity between them or the upper bounds of fidelity with a fixed relative energy difference. This is done for coherent states, squeezed states and superpositions of two coherent states ('cat' states). The results showed that, for example, to guarantee a relative energy difference of less than 10% for quite arbitrary (unknown) coherent stattes, the fidelity must exceed the level 0.995. For other kinds of states, the restrictions can be much stronger.

A geração e proteção de estados quânticos é fundamental para a mecânica quântica. Usualmente, utilizam-se protocolos de engenharia de estados baseados na aplicação sucessiva de transformações unitárias, cuja performance se torna menos efetiva conforme aumenta-se o número de componentes envolvidos nas transformações (já que transformações unitárias dependem de um elevado número de operações ou transformações com alto grau de fidelidade), além de tornarem-se mais vulneráveis a efeitos de flutuações de parâmetros experimentais, efeitos de desordem, decoerência e ruído. Dentre as possíveis estratégias para gerar estados quânticos, existe a chamada engenharia de interações quânticas, na qual pode-se tanto estudar como alterar a maneira a partir da qual sistemas interagem entre si para produzir um determinado estado estacionário desejado, quanto para investigar propriedades dos estados gerados ao se alterar alguma característica de tal interação. Neste trabalho apresentaremos duas propostas para gerar estados não-clássicos via engenharia de reservatórios (engenharia dissipativa) em dois tipos de sistemas distintos. No primeiro, utilizaremos um sistema optomecânico no qual efetua-se engenharia de dissipação a fim de obter hamiltonianos seletivos com os quais é possível preparar-se estados de Fock sob efeitos dissipativos, no qual mostramos o caráter não clássico dos estados obtidos nos regimes de cavidade altos e baixos fatores de qualidade. No segundo, utilizaremos um sistema de spins na qual podemos obter estados não-clássicos (emaranhados) para um sistema com o número de partículas (N) entre 2 e 12 via engenharia de interações quânticas com caráter coletivo, para obter diversos estados, considerando efeitos dissipativos como dissipações térmicas e defasagem, além de considerar a robustez com relação a flutuações em alguns parâmetros experimentais do modelo. / The generation and protection of quantum states is fundamental to quantum mechanics. Usually, state engineering protocols are used based on the successive application of unitary transformations, whose performance becomes less effective as the number of components involved in the transformations increases (as that depends on a large number of high-fidelity operations), in addition to becoming more vulnerable to the effects of fluctuations of experimental parameters , effects of disorder, decoherence and noise. Among the possible strategies to yield quantum states, there is the so-called quantum interaction engineering, in which one can either study how to change the way in which systems interact with each other to produce a desired steady state, or to investigate properties of the engineered states by changing some characteristic of such interaction. In this work we present a proposal to engineer non-classical states through reservoir engineering (dissipative engineering) in two types of systems. In the first one, we will use an optomechanical system in which dissipative engineering is carried out in order to obtain selective Hamiltonians with whom it is possible to prepare Fock states under dissipative effects, in which we show the non-classical character of the states obtained in the good and bad cavity regimes.. In the second, we will use a spin chain system in which we can obtain non-classical (entangled) states for a system with the number of particles (N) between 2 and 12 via quantum interaction engineering with collective character, to obtain several states, taking into account dissipative effects such as thermal dissipation and dephasing, and showing the robustness in relation to fluctuations in some experimental parameters of the model.

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T00:18:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_DouglasDelgadode_D.pdf: 6011689 bytes, checksum: b920d0dfb23c23b599d6bf1a254285ec (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Na primeira parte deste trabalho seguimos os estudos de Hirota e colaboradores e definimos quatro estados quase-Bell baseados em estados coerentes comprimidos da luz. Dois desses estados são maximamente emaranhados, enquanto o emaranhamento dos outros dois depende apenas da sobreposição entre os estados coerentes comprimidos que os compõem. A partir destes estados quase-Bell, definimos novos estados interpolados cujo emaranhamento é também governado por um parâmetro de interpolação adicional e estudamos algumas das propriedades destes estados (emaranhamento e eficiência energética). Por fim, usamos estes estados e definimos alguns estados de Werner, com os quais analisamos de forma simples uma possível influência de um ambiente dissipativo parametrizado pela probabilidade de o estado de Werner estar em sua forma emaranhada ou misturada. Para esta análise usamos os conceitos de separabilidade e emaranhamento. Na segunda parte estudamos a estimativa de fase quântica usando estados gaussianos puros (estados coerentes comprimidos). Iniciamos com a estimativa da fase introduzida por um operador unitário em cujo hamiltoniano está presente uma perturbação linear nos operadores de criação e aniquilação, além do operador de número de fótons responsável pela evolução de fase (perturbação linear unitária). Obtemos quais são os estados gaussianos ótimos para a estimativa desta fase e analisamos a optimalidade da detecção homódina. A seguir, consideramos o parâmetro de perturbação como uma variável aleatória que obedece a uma distribuição gaussiana de probabilidades (perturbação linear aleatória) e novamente obtemos os estados de sonda ótimos e analisamos a optimalidade da detecção homódina. Por fim, estudamos a estimativa de fase com perturbação linear unitária utilizando os estados quase-Bell interpolados definidos na primeira parte deste trabalho e verificamos que a utilização de emaranhamento permite uma melhor estimativa de fase para uma mesma energia disponível / Abstract: In the first part of this work we follow the studies of Hirota and collaborators and we define four quasi-Bell states based on squeezed coherent states of light. Two of these states are maximally entangled, while the entanglement of the other two depends only on the overlap between the squeezed coherent states that were combined. From these quasi-Bell states we define new interpolated states for which the entanglement is also governed by an additional interpolation parameter, and we study some of the properties of these states (entanglement and energy efficiency). Finally, we use these states to define some Werner states, which we use to study in a simple way the possible influence of some dissipative environment parameterized by the probability that the Werner state is entangled or mixed. For this analysis we use the concepts of separability and entanglement. In the second part, we study the quantum phase estimation using pure Gaussian states (squeezed coherent states). We begin with the estimation of the phase introduced by a unitary operator whose Hamiltonian also contains a disturbance that is linear in the creation and annihilation operators in addition to the photon number operator responsible for the phase evolution (unitary linear disturbance). We find what are the optimal Gaussian states for this phase estimation and we also analyze the optimality of the homodyne detection. Next, we consider the disturbance parameter to be a random variable submitted to a Gaussian distribution (random linear disturbance) and again we find what are the optimal probe states and analyze the optimality of the homodyne detection. Finally we study the phase estimation with unitary linear disturbance using the interpolated quasi-Bell states defined in the first part of this work and we verify that the use of entanglement leads to a better phase estimation for the same amount of available energy / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 2011/00220-5 / FAPESP

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:43:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_AntonioAugusto_M.pdf: 2924266 bytes, checksum: 4d4a9d494dd74748d57e8bd6dbe14108 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Mestrado / Física / Mestre em Física