Neste trabalho investigamos os diferentes estados de um sistema de bósons de spin 1 em dois poços de potencial conectados por tunelamento, com interação dependente de spin. O modelo utiliza o conhecido hamiltoniano de Bose-Hubbard, adicionando um termo de interação local que depende do módulo do spin total em um poço, podendo favorecer um estado de alto ou baixo spin para diferentes sinais da constante de acoplamento. Empregamos o conceito de fidelidade para detectar valores críticos dos parâmetros do modelo para os quais o estado fundamental sofre mudanças significativas. A natureza dos estados é investigada através do cálculo de números médios de ocupação nos poços e correlações de spin. A análise mais detalhada é feita para um sistema de duas partículas, mas alguns exemplos para números maiores são também apresentados. / In this work we investigate the different states of a system of spin-1 bosons in two potential wells connected by tunneling, with spin-dependent interaction. The model utilizes the well-known Bose-Hubbard Hamiltonian, adding a local interaction term that depends on the modulus of the total spin in a well, favoring a high- or low-spin state for different signs of the coupling constant. We employ the concept of fidelity to detect critical values of model parameters for which the ground state undergoes significant changes. The nature of the states is investigated through evaluation of average occupation numbers in the wells and of spin correlations. A more detailed analysis is done for a two-particle system, but some examples for larger numbers are also presented.

POLICARPO, Samy Clever. Análise de um gerador óptico para um Qubit codificado em um oscilador. 2016. 46 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-03-31T12:00:47Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_scpolicarpo.pdf: 1932794 bytes, checksum: e4e2239107a8e38dbaa7abd746f5ae73 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-06-02T13:40:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_scpolicarpo.pdf: 1932794 bytes, checksum: e4e2239107a8e38dbaa7abd746f5ae73 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T13:40:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_scpolicarpo.pdf: 1932794 bytes, checksum: e4e2239107a8e38dbaa7abd746f5ae73 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / The fault-tolerant quantum computation scheme proposed by Gottesman, Kitaev, and Preskill (GKP) in Phys. Rev. A, 64, 012310 (2001) can be performed using relatively simple linear optical resources and provides a natural protection against arbitrary small errors. On the other hand, preparing the initial GKP states is a difficult task. A few proposals to generate GKP states have been done over the last years. Our objective here is to analyze the performance of a particular GKP generator that uses cat states, linear optical devices, squeezing, and homodyne detection. We use numerical simulations to study the behavior of the fidelity between the generated and the ideal states and show that the proposal in consideration is indeed a promising scheme. / O esquema de Computação Quântica tolerante a falhas proposto por Gottesman, Kitaev e Preskill (GKP) em Phys. Rev. A, 64, 012.310 (2001) pode ser realizado utilizando recursos ópticos lineares relativamente simples e fornece uma proteção natural contra pequenos erros arbitrários. Por outro lado, a preparação dos estados iniciais GKP e uma tarefa difícil. Algumas propostas para gerar estados GKP foram feitas ao longo dos últimos anos. Nosso objetivo aqui e analisar o desempenho de um gerador de estados GKP particular que usa estados gato de Schrodinger, dispositivos ópticos lineares, compressão e detecção homódina. Usamos simulações numéricas para estudar o comportamento da fidelidade entre os estados ideais e os estados gerados e mostramos que a proposta aqui considerada de de fato um esquema promissor.

Neste trabalho investigamos os diferentes estados de um sistema de bósons de spin 1 em dois poços de potencial conectados por tunelamento, com interação dependente de spin. O modelo utiliza o conhecido hamiltoniano de Bose-Hubbard, adicionando um termo de interação local que depende do módulo do spin total em um poço, podendo favorecer um estado de alto ou baixo spin para diferentes sinais da constante de acoplamento. Empregamos o conceito de fidelidade para detectar valores críticos dos parâmetros do modelo para os quais o estado fundamental sofre mudanças significativas. A natureza dos estados é investigada através do cálculo de números médios de ocupação nos poços e correlações de spin. A análise mais detalhada é feita para um sistema de duas partículas, mas alguns exemplos para números maiores são também apresentados. / In this work we investigate the different states of a system of spin-1 bosons in two potential wells connected by tunneling, with spin-dependent interaction. The model utilizes the well-known Bose-Hubbard Hamiltonian, adding a local interaction term that depends on the modulus of the total spin in a well, favoring a high- or low-spin state for different signs of the coupling constant. We employ the concept of fidelity to detect critical values of model parameters for which the ground state undergoes significant changes. The nature of the states is investigated through evaluation of average occupation numbers in the wells and of spin correlations. A more detailed analysis is done for a two-particle system, but some examples for larger numbers are also presented.

Neste trabalho investigamos os diferentes estados de um sistema de bósons de spin 1 em dois poços de potencial conectados por tunelamento, com interação dependente de spin. O modelo utiliza o conhecido hamiltoniano de Bose-Hubbard, adicionando um termo de interação local que depende do módulo do spin total em um poço, podendo favorecer um estado de alto ou baixo spin para diferentes sinais da constante de acoplamento. Empregamos o conceito de fidelidade para detectar valores críticos dos parâmetros do modelo para os quais o estado fundamental sofre mudanças significativas. A natureza dos estados é investigada através do cálculo de números médios de ocupação nos poços e correlações de spin. A análise mais detalhada é feita para um sistema de duas partículas, mas alguns exemplos para números maiores são também apresentados. / In this work we investigate the different states of a system of spin-1 bosons in two potential wells connected by tunneling, with spin-dependent interaction. The model utilizes the well-known Bose-Hubbard Hamiltonian, adding a local interaction term that depends on the modulus of the total spin in a well, favoring a high- or low-spin state for different signs of the coupling constant. We employ the concept of fidelity to detect critical values of model parameters for which the ground state undergoes significant changes. The nature of the states is investigated through evaluation of average occupation numbers in the wells and of spin correlations. A more detailed analysis is done for a two-particle system, but some examples for larger numbers are also presented.

Neste dissertação apresentamos um protocolo para simular, no contexto das armadilhas iônicas, o Zitterbewegung não usual, que é o análogo, na física do semicondutores, ao movimento de tremulação de uma partícula relativística. O Zitterbewegung não usual permite trajetórias cicloidais na ausência dos campos magnéticos. Além do Zitterbewegung, mostramos como gerar figuras de Lissajou para o movimento vibracional bidimensional do íon armadilhado. Ademais, o protocolo proposto nesta tese, permite gerar interações spin-órbita dos tipos Rashba e Dresselhaus, abrindo a possibilidade de simular, no âmbito dos íons armadilhados, os acoplamentos spin-órbita dos tipos Rashba e Dresselhaus, Zitterbewegung não usual e as curvas de Lissajou. Além disso, nesta tese apresentamos protocolo para produzir engenharia de interações confinadas aos subespaços do espaço de Fock. Mostramos como engenheirar os hamitonianos dos tipos Jaynes-Cumming e anti-Jaynes-Cumming confinadados aos subespaços de Fock delimitados superiormente ou inferiormente e também as interações Jaynes-Cumming e anti-Jaynes-Cumming confinados a uma fatia do espaço Fock. Esses hamitonias delimitados superiormente (inferiormente) atuam sobre os subespaço de Fock de |0&rang; a |M&rang; (|N&rang; &alpha;&infin;), enquanto aqueles confinados a uma fatia do espaço de Fock atuam sobre os subespaço de Fock de |M&rang; a |N&rang; com M < N. Enquanto que, as interações dos tipo Jaynes-Cumming ou anti-Jaynes-Cumming demilitadas superiormente conduzem qualquer estado inicial para o estado de Fock de quase-equilíbrio |N&rang; e as interações confinadas a uma fatia do espaço de Fock conduz qualquer estado inicial a superporsição de estados de Fock de equilíbrio, que estão confinados no subespaço {|N&rang; , |N + 1&rang;}. / In this dissertation we present a protocol to simulate, with a single two-leve trapped ion, the unusual zitterbewegung: the semiconductor analog of the relativistic trembling motion of eletron, allowing cycloidal trajectories in the absence of magnetic fields. Beyon zitterbewegung, we show how to generate Lissajou curves from the vibrational motion of an ion in two dimensional trap. Morever our protocol enables us to engineerthe Rashbaand the Dresselhaus-type spin-orbit interatiction, opening the possibility to simulate with a trapped ion, spin-orbit effects other than the unusual zitterbewegung and Lissajou curves. Moreover, in this work we present a protocol to engineer interactions confined to subspaces of the Fock space: we show how to engineer upper-, lower-bounded and sliced Jaynes-Cummings (JC) and anti-Jaynes-Cummings (AJC) Hamiltonians. The upperbounded (lower-bounded) interaction acting upon Fock subspaces ranging from |0&rang; to |M&rang; (|N&rang; to &infin;), and the sliced one confined to Fock subspace ranging from |M&rang; to |N&rang;, whatever M < N. Whereas the upper-bounded JC or AJC interactions is shown to drive any initial state to an equilibrium Fock states |N&rang;, the sliced one is shown to produce equilibrium superpositions of Fock states confined to the sliced subspaces {|N&rang; , |N + 1&rang;}.

Neste dissertação apresentamos um protocolo para simular, no contexto das armadilhas iônicas, o Zitterbewegung não usual, que é o análogo, na física do semicondutores, ao movimento de tremulação de uma partícula relativística. O Zitterbewegung não usual permite trajetórias cicloidais na ausência dos campos magnéticos. Além do Zitterbewegung, mostramos como gerar figuras de Lissajou para o movimento vibracional bidimensional do íon armadilhado. Ademais, o protocolo proposto nesta tese, permite gerar interações spin-órbita dos tipos Rashba e Dresselhaus, abrindo a possibilidade de simular, no âmbito dos íons armadilhados, os acoplamentos spin-órbita dos tipos Rashba e Dresselhaus, Zitterbewegung não usual e as curvas de Lissajou. Além disso, nesta tese apresentamos protocolo para produzir engenharia de interações confinadas aos subespaços do espaço de Fock. Mostramos como engenheirar os hamitonianos dos tipos Jaynes-Cumming e anti-Jaynes-Cumming confinadados aos subespaços de Fock delimitados superiormente ou inferiormente e também as interações Jaynes-Cumming e anti-Jaynes-Cumming confinados a uma fatia do espaço Fock. Esses hamitonias delimitados superiormente (inferiormente) atuam sobre os subespaço de Fock de |0&rang; a |M&rang; (|N&rang; &alpha;&infin;), enquanto aqueles confinados a uma fatia do espaço de Fock atuam sobre os subespaço de Fock de |M&rang; a |N&rang; com M < N. Enquanto que, as interações dos tipo Jaynes-Cumming ou anti-Jaynes-Cumming demilitadas superiormente conduzem qualquer estado inicial para o estado de Fock de quase-equilíbrio |N&rang; e as interações confinadas a uma fatia do espaço de Fock conduz qualquer estado inicial a superporsição de estados de Fock de equilíbrio, que estão confinados no subespaço {|N&rang; , |N + 1&rang;}. / In this dissertation we present a protocol to simulate, with a single two-leve trapped ion, the unusual zitterbewegung: the semiconductor analog of the relativistic trembling motion of eletron, allowing cycloidal trajectories in the absence of magnetic fields. Beyon zitterbewegung, we show how to generate Lissajou curves from the vibrational motion of an ion in two dimensional trap. Morever our protocol enables us to engineerthe Rashbaand the Dresselhaus-type spin-orbit interatiction, opening the possibility to simulate with a trapped ion, spin-orbit effects other than the unusual zitterbewegung and Lissajou curves. Moreover, in this work we present a protocol to engineer interactions confined to subspaces of the Fock space: we show how to engineer upper-, lower-bounded and sliced Jaynes-Cummings (JC) and anti-Jaynes-Cummings (AJC) Hamiltonians. The upperbounded (lower-bounded) interaction acting upon Fock subspaces ranging from |0&rang; to |M&rang; (|N&rang; to &infin;), and the sliced one confined to Fock subspace ranging from |M&rang; to |N&rang;, whatever M < N. Whereas the upper-bounded JC or AJC interactions is shown to drive any initial state to an equilibrium Fock states |N&rang;, the sliced one is shown to produce equilibrium superpositions of Fock states confined to the sliced subspaces {|N&rang; , |N + 1&rang;}.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Vieira.pdf: 2261187 bytes, checksum: 522b4dceeb3aae1b4ba1bbf0988b6bad (MD5) Previous issue date: 2014-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Investigamos como diferentes tipos de desordem afetam a geração de emaranhamento entre os graus de liberdade interno (spin) e externo (posição) em uma caminhada aleatória quântica discreta no tempo. A desordem é modelada introduzindo um aspecto aleatório extra à caminhada aleatória quântica: uma moeda clássica de dois lados (ou infinitos lados) que aleatoriamente dita qual moeda quântica conduz à evolução temporal do sistema a cada posição e/ou a cada passo de tempo dando origem a três tipos distintos de desordem. A desordem dinâmica é independente da posição, com cada posição tendo a mesma moeda ao mesmo tempo, a desordem estática é independente do tempo, enquanto a desordem flutuante possui aleatoriedade no tempo e posição. Mostramos para alguns níveis de desordem que o caso dinâmico é o mais poderoso gerador de emaranhamento, seguido de perto pelo caso flutuante, pois ambos levam ao máximo emaranhamento assintoticamente no tempo para qualquer condição inicial. Estudamos o número de passos que o sistema deve dar até estar dentro de uma vizinhança fixa do seu limite assintótico. A desordem estática é a geradora de emaranhamento menos eficiente, sendo quase sempre menos eficiente que o caso ordenado, não tem limite assintótico e, similarmente ao caso ordenado, possui um comportamento em longo tempo altamente sensível à condição inicial. Propomos ainda dois experimentos baseados em tecnologia atual onde essas idéias podem ser testadas.

Orientador: Marcos César de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-13T03:07:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Steinhoff_FrankEduardodaSilva_M.pdf: 633661 bytes, checksum: 4c5305fba85a1d80713ed5dfe1f90f32 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Propomos um método para obtenção de propriedades de sistemas quânticos compostos utilizando apenas medições estritamente locais e comunicação clássica. Isso difere dos esquemas usualmente utilizados em protocolos de informação quântica, que se utilizam em sua maioria de operações globais e/ou operações locais conjuntas. Nosso tratamento consiste em analisar o efeito de medições em um subsistema sobre as submatrizes da matriz densidade do sistema composto. Analisamos então como outros subsistemas podem ser expressos em termos dessas submatrizes, obtendo assim o efeito das medições feitas em um subsistema sobre os outros. Aplicamos esse resultado - válido para sistemas com espaços de Hilbert discretos de dimensão arbitrária - a dois problemas centrais em protocolos de informação quântica: a reconstrução de estados de sistemas compostos e a caracterização de emaranhamento. Para a tarefa de reconstrução, mostramos como determinar um estado de um sistema composto de dimensão finita arbitrária utilizando apenas medições locais e comunicação clássica de uma via. A vantagem de nossa proposta está em eliminar a necessidade de medições conjuntas, o que se traduz, no contexto de ótica linear, em eliminar medições de coincidência. Analisamos a caracterização de emaranhamento considerando classes especiais de estados. Para estados com alta simetria - estados isotrópicos, de Werner e de simetria rotacional constituídos por um qubit e um qudit - mostramos uma relação entre o grau de emaranhamento e a diferença de população medida por um subsistema condicionada a medições de paridade do outro subsistema, relação essa já evidenciada em estados gaussianos simétricos. Além disso, propomos uma nova família de estados cujo emaranhamento pode ser caracterizado com muito menos recursos do que os utilizados para a reconstrução, sendo esses recursos estritamente locais. / Abstract: We propose a method to obtain properties of composite quantum systems using strictly local measurements and classical communication only. This differs from schemes usually employed in quantum information protocols where global and/or joint local operations are commonly used. Our treatment consists of analysing the effect of measurements of a system over submatrices of the density matrix of the compound system. We analyse then how copies of a subsystem can be expressed in terms of these submatrices, obtaining thus the effect of the measurements done in a subsystem upon the others. We apply this result - valid for discrete Hilbert spaces of arbitrary dimension - to two central problems in quantum information protocols: the state reconstruction of composite systems and entanglement characterization. For the reconstruction task, we show how to determine a state of a arbitrary finite dimension composite system using local measurements and one-way classical communnication only. The advantage of our proposal lies in elimnating the need for joint measurements, which translates as eliminating coincidence measurements in linear optics context. We analyse entanglement characterization considering special classes of states. For high symmetry states -isotropic states, Werner states and rotationally symmetric states composed of a qubit and a qudit - we show a relation between entanglement degree and population difference measured by one subsystem conditioned to parity measurements of the other subsystem, this relation already present in gaussian symmetric states. Moreover, we propose a new family os states whose entanglement can be characterized with much fewer resources than that used for reconstruction, this resources being strictly local. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Durante a década de 90 diversos trabalhos surgiram com o objetivo de investigar a localização de estados quânticos. No contexto da eletrodinâmica quântica de cavidades é possível localizar estados não clássicos de um dado campo externo aplicado ao sistema, uma cavidade preenchida com um material não linear inicialmente preparada no estado de vácuo. Baseado em tal cenário, propomos uma técnica de localização de estados vibracionais de um íon armadilhado. Para isso, considera-se um íon armadilhado em um potencial confinante cujos graus de liberdade vibracionais e os níveis eletrônicos do íon são acoplados por meio de um laser. Uma vez gerada a interação, faz-se uso da técnica de engenharia de reservatórios a fim de obtermos uma equação mestra na qual haja uma dinâmica emissiva e absortiva, ambas artificiais, promovidas por liouvillianos engenheirados, obtidos utilizando o sistema auxiliar (níveis internos do íon). Decorre-se disso uma dinâmica efetiva, já que a emissão espontânea é sempre presente. Sob um certo regime de parâmetros, a competição entre os liouvillianos leva o sistema de interesse para um estado vibracional estacionário caracterizando a localização. A técnica apresentada é mais geral pois mesmo partindo-se de um estado de máxima mistura, a localização é atingida com alta fidelidade em relação ao estado vibracional almejado. O papel exercido pela engenharia de interações para o sucesso da localização é o principal fator motivador deste trabalho. / In the 90s several works arose in order to investigate the localization of quantum states. In the context of quantum electrodynamics of cavities, it is possible to find non-classical states of a given external field applied to the system employing, for instance, a cavity (initially prepared in the vacuum states) filled with a non-linear material. In such scenario, we propose a trapped ion vibrational state localization technique. Consider a trapped ion confined in a potential whose vibrational and electronic degrees of freedom are coupled through two laser fields. Once such interaction is generated, we make use of the reservoir engineering technique in order to obtain a master equation in which there is an artificial dynamics of emission and absorption promoted by engineerined liouvillians obtained by using an auxiliary system (internal ion levels) within an effective dynamics, since the spontaneous emission is always present. Under a certain set of parameters, competition among liouvillians takes the system of interest to a vibrational steady-state featuring localization. The presented technique is interesting because the steady-state is achieved with high fidelity with respect to the desired vibrational state even when starting with highly mixed states. The role presented by the engineered interactions is fundamental for a successful localization and it is the primary motivation of this work.

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.