Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCJVB.pdf: 878660 bytes, checksum: 972a61a94d88b2e24ea24710d6c3fe56 (MD5) Previous issue date: 2004-03-02 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this thesis we study the interaction between an atom and a cavity mode submitted to linear and parametric amplifications. The evolution operator of the system was derived through the technique of time-dependent invariants of Lewis and Riesenfeld. We show how to prepare several squeezed states of the cavity field and, particularly, the truly mesoscopic "Schrödinger cat"-like state. When submitting such a mesoscopic superposition to the action of a likewise squeezed reservoir, we demonstrate that under specific conditions the decoherence time of the state is about the relaxation time of the cavity field. Next, the amplification process was engineered through the interaction of a single driven three-level atom with two cavity modes. Depending on the configuration of the atomic levels we obtain the parametric up- or down-conversion process between the cavity modes. With these processes we show how to generate one-mode mesoscopic squeezed superpositions (such as squeezed "Schrödinger cat"-like states), two-mode squeezed vacuum states (such as the original Eisntein-Podolsky-Rosen state (EPR)), and two-mode entanglements (such as the even and odd EPR states). The degree of squeezing achieved is up to 95% with currently feasible experimental parameters in cavity quantum electrodynamics. For the atom-field interaction time required in our technique, related to the high coupling parameter, the dissipative mechanism becomes practically negligible. / Estudamos nesta tese o processo de interação de um átomo com um modo de uma cavidade submetido aos processos de amplificação linear e paramétrica. Para a obtenção do operador de evolução do sistema utilizamos a técnica dos invariantes dependentes do tempo de Lewis e Riesenfeld. Mostramos como preparar diferentes estados comprimidos do campo de radiação, em particular o estado do tipo gato de Schrödinger genuinamente mesoscópico. Verificamos que, quando submetido à ação de um reservatório ideal e apropriadamente comprimido, este estado de superposição apresenta um tempo de decoerência da ordem do tempo de relaxação da cavidade. No intuito de eliminar o processo de amplificação paramétrica externo, procuramos implementá-lo através da própria interação do átomo com o campo de radiação. Para isso utilizamos um átomo de três níveis submetido à ação de um campo clássico que, interagindo com dois modos da cavidade, promove, a depender da configuração dos níveis eletrônicos, os processos de conversão paramétrica descendente e ascendente de freqüências. Com a implementação destes processos mostramos como preparar estados de susperposição comprimidos (como estados do tipo gato de Schrödinger ), estados de vácuo de dois modos comprimidos (como o estado original de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)), e emaranhamentos de dois modos (como os estados par e ímpar de EPR). Ressaltamos que a geração destes estados é empreendida sem a necessidade da utilização de zonas de Ramsey e amplificação paramétrica externa. Considerando parâmetros experimentais típicos em eletrodinâmica quântica de cavidades obtemos estados com grau de compressão superior a 95% com a passagem de apenas um átomo pela cavidade. O forte parâmetro de acoplamento paramétrico obtido permite que o tempo de interação átomo-campo seja suficientemente pequeno para que os mecanismos de dissipação possam ser praticamente ignorados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2389.pdf: 676894 bytes, checksum: 7c529b06a0e41de3d113cccbae2281c9 (MD5) Previous issue date: 2009-02-18 / Universidade Federal de Sao Carlos / In the Quantum Optics area, the construction of effective hamiltonian is a matter of great importance, since from them we can generate and manipulate quantum states and logical operations. In this work we discuss 3 approximate methods for obtaining such effective hamiltonians: i) adiabatic elimination, ii) method of effective dynamics for oscillating hamiltonians and iii) nonlinear small rotations. Here we analyze the regime of validity of these techniques, their disadvantages and advantages. We note that, although adiabatic elimination is the most used and known, it has inconsistencies and can provide incorrect effective hamiltonians. The method of effective dynamics, although a very simple technique, also has inconsistencies and is not applicable to dissipative systems. Moreover, the method of nonlinear small rotations, which appears as the most accurate, is rarely used in the literature. / Em Óptica Quântica a construção de hamiltonianos efetivos é um assunto de suma importância, visto que a partir deles podemos manipular e gerar estados quânticos e operações lógicas. Nesta dissertação discutimos 3 métodos aproximativos para a obtenção de hamiltonianos efetivos: i) a eliminação adiabática, ii) o métodos de dinâmicas efetivas para hamiltonianos oscilantes e iii) o método de pequenas rotações não-lineares, de forma a analisar o regime de validade destas técnicas, desvantagens e vantagens. Notamos que, embora a eliminação adiabática seja a mais utilizada e divulgada, apresenta inconsistências e prevê hamiltonianos efetivos incorretos. O método de dinâmicas efetivas, embora seja uma técnica simples e muito operacional, também apresenta inconsistência e não se aplica a sistemas dissipativos. Por outro lado, o método de pequenas rotações não-lineares, que aparece como o mais preciso, é muito pouco utilizado na literatura.

Este trabalho consiste na análise de um método de reconstrução/tomografia de estado quântico em ressonância magnética nuclear utilizando pulsos de radiofreqüência não-seletivos, que possuem a propriedade de promover rotações globais do sistema de spins 7/2. Tal método foi aplicado para reconstruir estados relacionados à computação quântica. As operações lógicas e os estados iniciais envolvidos nas operações quânticas foram construídos através de pulsos modulados optimizados numericamente; o processo de optimização, em particular, não foi tratado nesse trabalho. Foram elaborados programas que simulam: a construção dos estados e portas lógicas utilizando os parâmetros dos pulsos modulados; a aplicação dos pulsos de tomografia e a geração dos dados necessários à reconstrução (amplitudes espectrais); construção de estados utilizando pulsos simples para testes das circunstâncias experimentais; o efeitos de possíveis problemas relacionados à amostra ou ao equipamento. Finalmente, foi elaborado um programa para reconstrução do estado a partir da leitura das amplitudes espectrais, que podem ser obtidas a partir dos programas relacionados no segundo item, ou experimentalmente. As implementações experimentais foram realizadas medindo sinais de RMN de núcleos de 133Cs, localizados em um cristal líquido, que, por possuírem spin 7/2, devido às interações Zeeman e quadrupolar elétrica, apresentam sete linhas espectrais distintas para transições entre níveis energéticos adjacentes; logo, é possível tratar esses núcleos como sistemas de 3 q-bits. Foram construídos estados pseudo-puros e aplicada uma das portas Toffoli. Além disso, uma discussão do algoritmo quântico de busca de Grover no contexto da Ressonância Magnética Nuclear é apresentada para uma futura implementação. / This work describes a quantum state tomography method in nuclear magnetic resonance using nonselective radiofrequency pulses that cause global rotations of spin 7/2 systems. This method was applied to tomograph states related to quantum computation. Numerically optimized modulated pulses allowed building the initial states and the logical operations involved in the quantum operations; particularly, the optimization process was not treated in this work. Several programs were constructed that simulate: o the construction of the quantum states and the logical operations by means of the modulated pulses parameters; o the application of the tomography pulses and the generation of the necessary data for tomography (spectral amplitudes); o the construction of the states using simple pulses for experimental condition tests; o the effects of possible problems related to the samples or equipments. Finally, a quantum state tomography program was elaborated to read the spectral amplitudes, which can be obtained from the programs related to the second item, or experimentally. The experimental implementations were performed measuring the NMR signals from spin 7/2 133Cs nuclei located in a liquid crystal under Zeeman and quadrupolar electric interactions. The NMR spectrum of these nuclei, under these interactions and located in an oriented sample, present 7 spectral lines for transitions between adjacent energetic levels; with this, it is possible to treat it like a 3 q-bits system. Pseudo-pure states were constructed and one Toffoli gate was applied. Furthermore, a discussion about the Grover\'s quantum search algorithm in the nuclear magnetic resonance context was presented for future implementation.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-04-27T16:35:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rogério Jorge de Assis - 2017.pdf: 1072808 bytes, checksum: 2bcdda2ef8542516339e0b3a17ba3bd2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-05-03T11:38:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rogério Jorge de Assis - 2017.pdf: 1072808 bytes, checksum: 2bcdda2ef8542516339e0b3a17ba3bd2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T11:38:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rogério Jorge de Assis - 2017.pdf: 1072808 bytes, checksum: 2bcdda2ef8542516339e0b3a17ba3bd2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work it is proposed a simplified scheme to unambiguously discriminate between one of two nonorthogonal cavity field states. This scheme, which is based on POVM - positive operator valued measure, uses one three-level atom as the ancilla to obtain information on the cavity field state, the target. The efficiency of this scheme in discriminating the two quantum states is analy zed by comparing the maximum theoretical success probability with the maximum success probability possible to our case. / Neste trabalho é proposto um esquema simplificado para a discriminação inequívoca de dois determinados estados quânticos não ortogonais do campo no interior de uma cavidade de alta qualidade. Nesse esquema, o qual se baseia na medição quântica geral (também chamada de positive-operator valued measure ou, simplesmente, POVM ), um átomo de três níveis é utilizado como sonda para obter informação acerca do estado do campo da cavidade alvo. Por fim, a eficiência desse esquema em discriminar os estados é analisada comparando a probabilidade de sucesso máxima obtida com a probabilidade de sucesso máxima possível para o caso em questão.