A transparência eletromagneticamente induzida (EIT) atraiu bastante atenção no campo da física atômica por suas possíveis aplicações em informação quântica. No entanto, processos transientes em condição de EIT não foram tão largamente estudados. Nesse trabalho, investigamos átomos frios de rubídio sob condição de EIT, num estado transiente. Utilizando espectroscopia de correlação de ruído, que é uma técnica mais sensível que uma espectroscopia de intensidade média, investigamos a resposta atômica assimétrica para uma varredura crescente ou decrescente na frequência do feixe de prova do sistema de Lambda-EIT. A observação dessa assimetria, que não podia ser explicada pelas previsões teóricas baseadas nas equações de Bloch para o átomo de 3-níveis, modelo até então utilizado, nos lançou numa busca pelas possíveis causas desse efeito enigmático. Logo, várias hipóteses foram formuladas, acarretando uma larga exploração experimental, incluindo o ângulo entre os feixes de EIT, dessintonia, potência e direção de incidência do rebombeio. Além disso, espectros no domínio do tempo foram estudados, para entender a evolução temporal do sistema para o estado estacionário. Paralelamente ao experimento, desenvolvemos novos modelos teóricos. Nossa mais recente abordagem teórica modela o sistema como um átomo de 5-níveis, nos quais 3 níveis são referentes ao sistema Lambda e os outros dois são os níveis acoplados pelo rebombeio. Ainda mais, consideramos também as forças óticas no sistema. Esse modelo obteve bom acordo com os dados experimentais, para espectroscopia de intensidade média. / The electromagnetic induced transparency (EIT) has attracted a lot of attention since its applications in quantum information were discovered. However, transient dynamics in this context were not as well explored. Here, we present a study of a cold rubidium ensemble under electromagnetic induced transparency (EIT), during a transient interaction. Using noise correlation spectroscopy, which is a more sensitive technique than a mean intensity spectroscopy, we investigated an asymmetric atomic response to an increasing or decreasing frequency scanning of the probe beams in the Lambda-EIT system. The observation of this asymmetry, which could not be explained by the theoretical predictions based on the Bloch equations for 3-level atom, the previously used model, launched us in a search for possible causes of this enigmatic effect. Straightforward, several hypotheses were formulated, resulting in a wide experimental exploration, including parameters as the angle between the EIT beams, detuning, power and direction of incidence of the repump beam. In addition, spectra in the time domain were studied in order to understand the evolution of the system to the steady-state. Parallel to the experiment, we developed new theoretical models. Our latest theoretical approach models the system as an atom of 5-levels in which 3 levels are related to the Lambda system and the other two levels are coupled by the repump. Moreover, we also consider the optical forces in the system. This model has obtained good agreement with the experimental data, for mean intensity spectroscopy.

Nesta dissertação apresentamos um estudo dos mecanismos de decoerência de sistemas quânticos de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e os seus efeitos sobre a evolução temporal das medidas de correlação não-clássica. Para tal, apresentaremos inicialmente uma revisão bibliográfica sobre alguns dos diversos quantificadores de discórdia quântica, tais como discórdia entrópica, geométrica e negatividade do caráter quântico. Para descrever os canais de atenuação de fase e de amplitude generalizada, que descrevem a relaxação de sistemas de RMN, utilizamos o formalismo de operações quânticas, através da descrição dos operadores de Kraus. As implementações experimentais foram realizadas a partir de sistemas de 2 q-bits descritos por sistemas de RMN de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J e sistemas de spins 3/2 sujeitos ao acoplamento quadrupolar. Experimentalmente, observamos o surgimento do fenômeno de congelamento (freezing) da discórdia quântica para o sistema de 2 spins 1/2 e o fenômeno de duplo sudden-change em um sistema de spin 3/2. Além disso, propuzemos um método de medida direta para os elementos da matriz densidade de um sistema de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J, que permite obter toda a informação necessária para o cálculo dos quantificadores de discórdia sem que seja preciso reconstruir completamente a matriz densidade, ou seja, sem empregar o dispendioso método de tomografia de estado quântico (TEQ). / We present a study of the decoherence processes in Nuclear Magnetic Resonance (NMR) quantum systems and their effects on the temporal evolution of non-classical correlations. For that, we review some quantum discord quantifiers, such as entropic and geometric discord as well as negativity of quantumness. To describe the relaxation of NMR systems, we use Kraus operators phase and generalized amplitude damping channels. The experimental demonstrations were achieved in 2 qubits systems implemented by J coupled spins 1/2 as well as spins 3/2 subject to quadrupolar interaction. We demonstrate the freezing phenomenon of quantum discord in a 2 spins 1/2 system, subject to phase and amplitude damping channel, and the phenomenon of double sudden-change in a spin 3/2 system, subject to amplitude damping channel. Furthermore, for spin 1/2 system, we introduce a method to selectively measure density matrix elements, that provide the necessary information to calculate discord quantifiers, without needing the full reconstruction provided by usual quantum state tomography.

Orientadores: Marcia Aparecida Gomes Ruggiero, Carlile Campos Lavor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-21T21:36:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_DouglasSoares_D.pdf: 2439739 bytes, checksum: 5c9361d700cb32cae7880de49fa5e892 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A preparação, manipulação e caracterização de sistemas quânticos são tarefas essenciais para a computação quântica. Em Tomografia de Estados Quânticos, o objetivo é encontrar uma estimativa para a matriz de densidade, associada a um ensemble de estados quânticos identicamente preparados, baseando-se no resultado de medições. Este é um importante procedimento em computação e informação quântica, sendo aplicado, por exemplo, para verificar a fidelidade de um estado preparado ou em tomografia de processos quânticos. Nesta tese, estudamos métodos matemáticos aplicados aos problemas que surgem na reconstrução de estados quânticos. Na estimação por Máxima Verossimilhança, apresentamos dois métodos para a resolução dos problemas de otimização dessa abordagem. O primeiro se baseia em uma reparametrização da matriz de densidade e, neste caso, provamos a equivalência das soluções locais do problema de otimização irrestrita associado. No segundo, relacionado à verossimilhança multinomial, demonstramos a convergência global do método sob hipóteses mais fracas que as da literatura. Apresentamos também duas formulações para o caso de tomografia com um conjunto incompleto de medidas: Máxima Entropia e Tomografia Quântica Variacional. Propusemos uma nova formulação para a segunda, de modo a apresentar propriedades mais parecidas as da Máxima Entropia, mantendo a estrutura de um problema de programação semidefinida linear. Para outros problemas de otimização sobre o espaço de matrizes de densidade além do problema da Tomografia de Estados Quânticos, apresentamos um método de Gradiente Projetado que se mostrou efetivo em testes numéricos preliminares. Por fim, discutimos sobre a implementação de inferência Bayesiana, através de métodos Monte Carlo via cadeias de Markov, no problema de estimação da matriz de densidade / Abstract: Preparation, manipulation and characterization of quantum states are essential tasks for quantum computation. In Quantum State Tomography, the aim is to find an estimate for the density matrix associated to an ensemble of identically prepared quantum systems, based on the measurement outcomes. This is an important procedure in quantum information and computation applied for instance, to verify the fidelity of a prepared state or in quantum process tomography. In this thesis we study mathematical methods applied to problems that raise from the reconstruction of quantum states. In the Maximum Likelihood Estimation we present two methods to solve the optimization problems of this approach. The first one is based on a reparameterization of the density matrix and, in this case, we prove the equivalence of local solutions of the related unconstrained optimization problem. In the second one, related to multinomial likelihoods, we prove the global convergence of the method under weaker assumptions than those of literature. We also discuss two formulations to the case of quantum state tomography with incomplete measurements: Maximum Entropy and Variational Quantum Tomography. We propose a new formulation for the second one in order to have a similar behavior to the Maximum Entropy approach, keeping the linear semidefinite positive programming structure. Furthermore, in order to solve other optimization problems over the density matrices space besides the Quantum State Tomography, we present a Projected Gradient method which shows a good performance in preliminary numerical tests. We also briefly talk about the implementation of a Bayesian inference scheme, through Monte Carlo Markov chains methods, to the density matrix estimation problem / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

In this work, we discuss a description of quantum properties of light beams produced by an Optical Parametric Oscillator (OPO) above threshold, pumped by a 780 nm Titanium Sapphire laser, resonant with the D2 line of Rb with a noise spectrum of a coherent beam. The twin beams have wavelengths around 1560nm, in the telecommunication band. The states emitted by the OPO under study are approximately Gaussian (1), which allows us to describe them in terms of first and second order moments. As we analyze the noise spectrum of the fluctuations of each beam, the first order moments are null, which allows us to describe the state of the system in terms of a covariance matrix. We present the behavior of the noise spectrum and the correlations between the reflected pump, signal and idler beams. In addition, we applied different entanglement criteria to study the system. We present a prediction of the bipartite entanglement using Duan criterion (2). For tripartite correlations, we use the Furusawa criterion (3). We performed a study of bipartition pump and sum quadrature. As well, we applied the PPT criterion (4) for continuous variables, independently transposing each beam under study. The PPT criterion is necessary and sufficient to demonstrate entanglement between bipartitions for Gaussian states. In order to explore the behavior of the system using the steering criterion in the model developed by Reid (5), we theoretically study the criterion of inference for bipartite quadratures: between the twin beams or between one of the twin beams and the pump beam. In addition, we analyzed the inference between the three modes, through the bipartition pump mode and combination of sum quadrature of the twin beams. We develop a quantum teleportation protocol of a coherent input state, composed by the Titanium Sapphire beam whose Bell measurement is performed using the pump reflected by the OPO as an entangled state for the signal and idler beams as a first possibility to implement the protocol. Furthermore, we propose a protocol in which the signal beam assists in the process of teleportation. Thus, the fidelity of the system increases and exceeds the limit of non-cloning. We will describe the first measurements of correlations between the beams emitted by the OPO for this system. The tripartite entanglement characterization is the first step in the implementation of quantum optical protocols using a source of entangled states that is compatible with both Rubidium atomic systems and the telecommunications region, thus forming a quantum network. / Nesse trabalho apresentamos uma descrição das propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos por um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) acima do limiar, bombeado por um laser de Titânio Safira com comprimento de onda de 780nm, linha D2 do Rb, com espectro de ruído de um feixe coerente. Os feixes gêmeos possuem comprimentos de onda na região de 1560 nm que compreende a janela de transmissão de fibras óticas. Os estados emitidos pelo OPO em estudo são aproximadamente gaussianos (1), o que nos permite descrevê-los em termos de momentos de primeira e segunda ordem. Como analisamos o espectro de ruído das flutuações de cada feixe, os momentos de primeira ordem são nulos, o que nos permite descrever o estado do sistema em termos de uma matriz de covariância. Apresentamos então o comportamento do espectro de ruído e das correlações entre os feixes de bombeio refletido, sinal e complementar. Ademais, aplicamos diferentes critérios de emaranhamento para estudar o sistema. Apresentamos uma previsão do emaranhamento bipartido utilizando o critério de Duan (2). Para as correlações tripartidas, utilizamos o critério de Furusawa (3). Realizamos um estudo da bipartição bombeio e quadratura soma. E, aplicamos o critério PPT para variáveis contínuas (4), transpondo independente cada feixe em estudo. O critério PPT é necessário e suficiente para demonstrar emaranhamento entre bipartições para estados gaussianos. Com o objetivo de explorar qual o comportamento do sistema frente ao critério de \"steering\" no modelo desenvolvido por Reid (5), estudamos teoricamente o critério de inferência para quadraturas bipartidas: entre os feixes gêmeos ou entre um dos feixes gêmeos e o feixe de bombeio. Finalizamos essa análise caracterizando a inferência entre os três modos, através da bipartição modo do bombeio e combinação das quadraturas soma dos feixes gêmeos. Apresentamos a formulação de um protocolo de teletransporte quântico de um estado coerente de entrada formado pelo feixe do Titânio Safira, cuja medida de Bell é realizada utilizando o bombeio refletido pelo OPO como estado emaranhado para os feixes sinal e complementar, como uma primeira possibilidade de implementar o protocolo. Também propomos um protocolo em que o feixe sinal auxilia no processo de teleportação. Dessa forma, a fidelidade do sistema aumenta e supera o limite da não clonagem. Descreveremos as primeiras medidas de correlações entre os feixes emitidos pelo OPO para esse sistema. A caracterização de emaranhamento tripartido nessa nova configuração é o primeiro passo para a implementação de protocolos de ótica quântica utilizando uma fonte de estados emaranhados que é compatível tanto com sistemas atômicos de Rubídio quanto com a região de telecomunicações, formando assim uma rede quântica de transferência e aprisionamento de informação.

O processamento de informação quântica requer medidas, muitas vezes precedidas devoluções unitárias. Uma descrição realista de um computador quântico também deve levar em conta que o sistema interage com um ambiente externo - distinto do observador - que o remove de sua evolução ideal, gerando erros. Neste trabalho, fazemos um estudo da dinâmica de sistemas quânticos observados múltiplas vezes ou continuamente, enquanto interagem com ambientes externos. Para tanto, empregamos uma equação mestra híbrida, que permite modelar uma interação contínua e markoviana do sistema com o medidor, enquanto o ruído do ambiente apresenta características não markovianas. O estudo da dinâmica de uma medida contínua ruidosa revela que o sistema melhor preserva suas populações iniciais quando é realizada a medida de uma observável que não comuta com os operadores do ruído produzido pelo ambiente. Estes resultados, já conhecidos para o caso simples de um qubit de memória interagindo com o vácuo, são generalizados para uma temperatura inicial superior a zero e para um qubit submetido a uma porta quântica. A universalidade destes fenômenos de preservação da população inicial permite fazer analogia com o efeito Zenão quântico. Mantendo o mesmo formalismo, mas adaptando a interação com o ambiente para descrever um decaimento verificamos que o efeito Zenão quântico é observado para acoplamentos fracos com o ambiente. Tratamos também de como tal conhecimento sobre a preservação das populações pela medida auxilia na elaboração de melhores formas de preservar a informação em códigos quânticos. Com o auxílio da teoria das medidas fracas, propomos um possível método experimental simples para o teste da validade dos modelos de descrição de medidas contínuas. Com este estudo da dinâmica de uma medida quântica, esperamos elucidar questões de ordem prática no processamento de informação quântica, assim como ajudar no melhor entendimento de questões fundamentais, como o postulado da medida. / The processing of quantum information requires measurements, often preceded by unitary evolutions. A faithful description of a quantum computer should also take into account that the system interacts with an external environment - other than the observer - that removes it from its ideal evolution, causing errors. Here, we study the dynamics of quantum systems observed multiple times or continuously, while they interact with external environments. To do this, we employ a hybrid master equation, which allows us to model a continuous, Markovian interaction between the system and the measurement apparatus, while the environmental noise presents non-Markovian features. This study of the dynamics of the noisy continuous measurement reveals that the system better preserves its initial populations when the observable measured does not commute with the environmental noise operators. These results, already known for the simpler case of a memory qubit interacting with vacuum, are generalized for an initial temperature above zero and a qubit undergoing a quantum gate. The universality of these phenomena of preservation of the initial populations allows an analogy with the Quantum Zeno Effect. Keeping the same formalism, but adapting the environmental interaction to describe a decay, we verify that the quantum Zeno effect is observed for weak coupling with the environment. We also deal with how the knowledge about the preservation of the populations by the measurement helps in creating better ways to preserve the information in quantum codes. With the help of the weak measurement theory, we propose a simple experimental method to test the validity of models that describe a continuous measurement. With this study of the dynamics of a quantum measurement, we hope to help solve practical issues in quantum information processing, as well as provide greater insight into fundamental questions, such as the measurement postulate.

Neste trabalho exploramos o emaranhamento em sistemas de muitos férmions. Para o estudo de sistemas inomogêneos, propusemos uma aproximação de densidade local (LDA) para a entropia de emaranhamento de um único sítio com o restante do sistema e uma LDA para o emaranhamento entre blocos de sítios. Analisamos as contribuições universal e não-universal do emaranhamento entre blocos e obtivemos uma expressão para o termo não-universal. Usando o modelo de Hubbard unidimensional, investigamos o emaranhamento em nanoestruturas eletrônicas, quantificando o emaranhamento de um único sítio com relação ao restante da cadeia via entropia de emaranhamento. Para o modelo de Hubbard homogêneo estudamos o comportamento do emaranhamento em função da densidade, da magnetização, da interação eletrônica e de campos magnéticos externos. Encontramos que o emaranhamento é sensível às fases metálica, isolante e supercondutora. Observamos um platô de emaranhamento na região do gap de spin e verificamos que susceptibilidade magnética e emaranhamento estão intrinsecamente relacionados. Obtendo as energias e densidades do modelo de Hubbard inomogêneo através da Teoria do Funcional da Densidade e usando nossa proposta LDA para a entropia de emaranhamento, exploramos o comportamento do emaranhamento na presença de diversas inomogeneidades: superredes, impurezas e confinamento harmônico. Verificamos que o emaranhamento sempre diminui com a inomogeneidade, embora os efeitos de cada inomogeneidade sejam completamente diferentes. Encontramos uma relação entre energias de troca e correlação, de Hartree e cinética, capaz de prever quantitativamente o emaranhamento em função de qualquer das inomogeneidades. / In this work we investigated entanglement in many-fermions systems. To explore inhomogeneous systems we proposed a local density approximation (LDA) for the single-site entanglement entropy. We analysed the universal and nonuniversal contributions to block-block entanglement and obtained an expression for the nonuniversal term. We employ a description in terms of the one-dimensional Hubbard model to investigate the entanglement in electronic nanostructures and to quantify the single-site entanglement with respect to the rest of the chain by means of the entanglement entropy. For the homogeneous Hubbard model we studied the entanglement behavior as a function of density, magnetization, electronic interaction and external magnetic fields. We found that the entanglement is sensitive to the metallic, insulating and superconducting phases. We observed an entanglement plateau in the region of the spin gap and verified that magnetic susceptibility and entanglement are intrinsically related. Energies and densities of the inhomogeneous Hubbard model, obtained from Density Functional Theory, combined with our proposal of an LDA for the entanglement entropy, were used to explore the behavior of the entanglement entropy in the presence of several inhomogeneities: superlattices, impurities and harmonic confinement. We verified that entanglement always decreases with the inhomogeneity, although the effect of each inhomogeneity is completely different. For the same model we found a relation of exchange-correlation, Hartree and kinetic energies, able to predict quantitatively the entanglement as a function of any inhomogeneity.

Investigamos as propriedades quânticas conjuntas dos três feixes intensos de luz produzidos por um oscilador paramétrico ótico (OPO) operando acima do limiar, denominados bombeio, sinal e complementar. Analisamos experimentalmente as flutuações quânticas de intensidade e fase destes feixes, e como se correlacionam. Observamos pela primeira vez a presença de correlações quânticas entre as fases dos três campos. O ruído observado na soma das fases de sinal e complementar, Vq12=1,28(3)>1, passa a apresentar compressão de ruído após ser corrigido pelas flutuações de fase do feixe de bombeio, resultando em (Vq12)\' =0,84(3)<1. Para potências mais altas de bombeio, observamos também a existência de correlações quânticas diretamente entre as amplitudes do feixe de bombeio e um dos feixes convertidos (sinal ou complementar); a máxima compressão de ruído medida correspondeu a Vp02=0,86(3)<1. Estendemos nosso estudo às propriedades de emaranhamento deste sistema tripartite, para tanto utilizando dois critérios distintos. Nossos dados apontam a separabilidade do sistema no regime de operação estudado, em contradição com o modelo teórico. Utilizando o critério de emaranhamento de P. van Loock e A. Furusawa, obtivemos os seguintes valores para as combinação de variâncias que comprovariam a inseparabilidade caso fossem menores que 2: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2 e V2=2,09(7)>2. Com relação ao segundo critério de separabilidade, positividade sob transposição parcial, obtivemos os seguintes autovalores simpléticos a partir da matriz de covariância medida: A0=0,94(8) e A1=0,36(6)<1, em que o emaranhamento seria evidenciado caso A0<1 e A1<1. Esta discordância com a previsão teórica está relacionada a um ruído clássico espúrio observado no sistema, cujas características são levantadas nesta tese. Nossa análise indica os rumos a serem seguidos para a observação do emaranhamento. Mostramos teoricamente que o emaranhamento tripartite previsto pode ser utilizado como recurso para a criação de um sistema emaranhado multipartite. Para tanto, diversos OPOs são utilizados em uma configuração em cadeia, na qual o feixe de bombeio refletido pelo primeiro OPO serve de bombeio para o segundo e assim sucessivamente. Este esquema permite a geração de uma rede quântica multicolor escalável. Por fim, descrevemos a construção de um laser de Ti:safira que representa o primeiro passo na integração entre luz não-clássica e física atômica a ser investigada em nosso laboratório. Este laser pode ser utilizado, ao mesmo tempo, como bombeio do OPO e de uma nuvem de átomos. O emaranhamento tripartite gerado no OPO estabeleceria a conexão destes últimos com os feixes convertidos, cujos comprimentos de onda possibilitariam a transmissão direta destes feixes de luz através de fibras óticas comerciais de telecomunicação. / We have investigated the collective quantum properties of the three bright light beams produced by an optical parametric oscillator (OPO) operating above threshold, named pump, signal, and idler. We have analyzed experimentally their intensity and phase quantum fluctuations, and how they are correlated. For the first time, we have observed the existence of phase quantum correlations among the three beams. The measured phase-sum noise between signal and idler, Vq12=1,28(3)>1, presents squeezing when corrected by the phase fluctuations of the pump beam, resulting in (Vq12)\'=0,84(3)<1. For higher pump powers, we have observed the existence of amplitude quantum correlations directly between pump and one of the downconverted beams (signal or idler); the maximum measured squeezing level corresponded to the noise Vp02=0,86(3)<1. Our investigations included the entanglement properties of this tripartite system, tested by two different criteria. Our data points to the separability of the system in the accessible regime of operation, in contradiction with the theoretical predictions. Applying the criterion by P. van Loock and A. Furusawa, we have obtained the following values of combinations of variances which would attest the inseparability in case values smaller than 2 would be obtained: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2, and V2=2,09(7)>2. For the second criterion, the positivity under partial transpose, we have obtained the following symplectic eigenvalues calculated from the measured covariance matrix: A0=0,94(8) and A1=0,36(6)<1, where entanglement is attested in case A0<1,and A1<1. This discrepancy with the theoretical prediction is caused by a classical spurious noise observed in the system, which characteristics are investigated in this thesis. Our analysis indicates the path to successfully observe tripartite entanglement. We show theoretically that the predicted tripartite entanglement can be employed as a resource for the construction of a multipartite entangled system. This is accomplished by pumping several OPO\'s with the same optical field, such that the pump beam reflected by the first OPO is utilized to pump a second one, and so on. This scheme allows the generation of a multicolor scalable quantum network. Finally, we describe the construction of a Ti:sapphire laser which represents the first step in the integration between non-classical light and atomic physics to be investigated in our laboratory. This laser could be employed at the same time to pump an OPO and to interact with a cloud of atoms. The tripartite entanglement produced by the OPO could then entangle the atoms to the downconverted beams, which wavelength would allow the transmission of these beams through commercial optical fibers for telecom.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-03-13T19:32:04Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Adriane C silva Leal.pdf: 12455813 bytes, checksum: 4943d9492ef5280324df4aba4d508c4e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T19:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Adriane C silva Leal.pdf: 12455813 bytes, checksum: 4943d9492ef5280324df4aba4d508c4e (MD5) Previous issue date: 2018-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O principal objetivo deste trabalho é estudar o jogo da Batalha dos Sexos na versão quântica, para dois jogadores Alice e Bob. Uma análise teórica é fundamentada aplicando o protocolo elaborado por Eisert et al., no qual se aplicam propriedades advindas de emaranhamento de estratégias. Nesse sentido, é possível demonstrar que o emaranhamento otimizou os equilíbrios do jogo para Alice e Bob. Para o caso em que os jogadores escolhem o perfil de operadores de estratégias quânticas UA ^ UB 8 ou UA ; 38 ; ^ UB 0; 3 8 , o dilema pode ser resolvido. Por meio dos resultados teóricos uma proposta de implementação experimental do jogo na condição de máximo emaranhamento foi sugerida via a técnica de Ressonância Magnética Nuclear. / The main objective of this work is to study the game of the Battle of the Sexes in the quantum version, for two players Alice and Bob. A theoretical analysis is substantiated applying the protocol elaborated by Eisert et al., in which apply properties oficial entangled strategies. In this sense, it is possible to demonstrate that the entanglement optimized the equilibria of the game. For the case where the players choose the profile of quantum strategies operators ( ^ UA 0; 8 ; ^ UB 0; 8 ) or ( ^ UA 0; 3 8 ; ^ UB 0; 3 8 ) the dilemma can be solved. By means of the theoretical results a proposal of experimental implementation of the game in the condition of maximum entanglement is purposed by Nuclear Magnetic Resonance technique.

In this work, we discuss a description of quantum properties of light beams produced by an Optical Parametric Oscillator (OPO) above threshold, pumped by a 780 nm Titanium Sapphire laser, resonant with the D2 line of Rb with a noise spectrum of a coherent beam. The twin beams have wavelengths around 1560nm, in the telecommunication band. The states emitted by the OPO under study are approximately Gaussian (1), which allows us to describe them in terms of first and second order moments. As we analyze the noise spectrum of the fluctuations of each beam, the first order moments are null, which allows us to describe the state of the system in terms of a covariance matrix. We present the behavior of the noise spectrum and the correlations between the reflected pump, signal and idler beams. In addition, we applied different entanglement criteria to study the system. We present a prediction of the bipartite entanglement using Duan criterion (2). For tripartite correlations, we use the Furusawa criterion (3). We performed a study of bipartition pump and sum quadrature. As well, we applied the PPT criterion (4) for continuous variables, independently transposing each beam under study. The PPT criterion is necessary and sufficient to demonstrate entanglement between bipartitions for Gaussian states. In order to explore the behavior of the system using the steering criterion in the model developed by Reid (5), we theoretically study the criterion of inference for bipartite quadratures: between the twin beams or between one of the twin beams and the pump beam. In addition, we analyzed the inference between the three modes, through the bipartition pump mode and combination of sum quadrature of the twin beams. We develop a quantum teleportation protocol of a coherent input state, composed by the Titanium Sapphire beam whose Bell measurement is performed using the pump reflected by the OPO as an entangled state for the signal and idler beams as a first possibility to implement the protocol. Furthermore, we propose a protocol in which the signal beam assists in the process of teleportation. Thus, the fidelity of the system increases and exceeds the limit of non-cloning. We will describe the first measurements of correlations between the beams emitted by the OPO for this system. The tripartite entanglement characterization is the first step in the implementation of quantum optical protocols using a source of entangled states that is compatible with both Rubidium atomic systems and the telecommunications region, thus forming a quantum network. / Nesse trabalho apresentamos uma descrição das propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos por um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) acima do limiar, bombeado por um laser de Titânio Safira com comprimento de onda de 780nm, linha D2 do Rb, com espectro de ruído de um feixe coerente. Os feixes gêmeos possuem comprimentos de onda na região de 1560 nm que compreende a janela de transmissão de fibras óticas. Os estados emitidos pelo OPO em estudo são aproximadamente gaussianos (1), o que nos permite descrevê-los em termos de momentos de primeira e segunda ordem. Como analisamos o espectro de ruído das flutuações de cada feixe, os momentos de primeira ordem são nulos, o que nos permite descrever o estado do sistema em termos de uma matriz de covariância. Apresentamos então o comportamento do espectro de ruído e das correlações entre os feixes de bombeio refletido, sinal e complementar. Ademais, aplicamos diferentes critérios de emaranhamento para estudar o sistema. Apresentamos uma previsão do emaranhamento bipartido utilizando o critério de Duan (2). Para as correlações tripartidas, utilizamos o critério de Furusawa (3). Realizamos um estudo da bipartição bombeio e quadratura soma. E, aplicamos o critério PPT para variáveis contínuas (4), transpondo independente cada feixe em estudo. O critério PPT é necessário e suficiente para demonstrar emaranhamento entre bipartições para estados gaussianos. Com o objetivo de explorar qual o comportamento do sistema frente ao critério de \"steering\" no modelo desenvolvido por Reid (5), estudamos teoricamente o critério de inferência para quadraturas bipartidas: entre os feixes gêmeos ou entre um dos feixes gêmeos e o feixe de bombeio. Finalizamos essa análise caracterizando a inferência entre os três modos, através da bipartição modo do bombeio e combinação das quadraturas soma dos feixes gêmeos. Apresentamos a formulação de um protocolo de teletransporte quântico de um estado coerente de entrada formado pelo feixe do Titânio Safira, cuja medida de Bell é realizada utilizando o bombeio refletido pelo OPO como estado emaranhado para os feixes sinal e complementar, como uma primeira possibilidade de implementar o protocolo. Também propomos um protocolo em que o feixe sinal auxilia no processo de teleportação. Dessa forma, a fidelidade do sistema aumenta e supera o limite da não clonagem. Descreveremos as primeiras medidas de correlações entre os feixes emitidos pelo OPO para esse sistema. A caracterização de emaranhamento tripartido nessa nova configuração é o primeiro passo para a implementação de protocolos de ótica quântica utilizando uma fonte de estados emaranhados que é compatível tanto com sistemas atômicos de Rubídio quanto com a região de telecomunicações, formando assim uma rede quântica de transferência e aprisionamento de informação.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6362.pdf: 1897034 bytes, checksum: c83efb3252adeb24e85652c3a2f8240c (MD5) Previous issue date: 2014-08-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / We are interested in understanding the process of Markovian thermalization in quantum systems when we have one or two qubits interacting with a quantum electromagnetic field mode, using the Rabi model, in situations where there is interaction with a reservoir modeling the environment surrounding the system. This analysis of the thermalization is based on the calculation of the eigenvalues of the Liouvillian of the Markovian master equation. We will focus mainly on situations where there is interaction with independent and collective reservoirs, for cases where the subsystems interact with reservoirs at T=0K and T >0K. We investigate situations where there is no thermalization of the system and how this may influence interesting physical properties, such as the statistical properties of the field in the ultra strong scheme using the theory of input-output and quantum correlations between qubits collectively interacting with Markovian reservoirs. / Estamos interessados em entender o processo de termalização em sistemas quânticos markovianos, quando temos um ou dois qubits interagindo com um modo quântico do campo eletromagnético, utilizando o modelo de Rabi, em situações onde há interação com estruturas de reservatório que modelam o ambiente que cerca o sistema. Essa análise da termalização é baseada no cálculo dos autovalores do liouvilliano da equação mestra markoviana. Iremos focar principalmente nas situações onde há interação com reservatórios independentes e coletivos, para casos onde o subsistema interage com reservatórios a T=0K e T >0K. Investigamos situações onde há termalização ou não do sistema e como esse fator pode influenciar nas propriedades físicas interessantes, como, por exemplo, a estatística de detecção de fótons no regime ultra forte utilizando a teoria de entrada e saída e correlações quânticas entre os qubits interagindo com reservatórios markovianos.