Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1830.pdf: 1055624 bytes, checksum: d961947950314e3c5ea3a35688a70b9c (MD5) Previous issue date: 2008-03-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / Nesta dissertação abordamos o tema da engenharia de Hamiltonianos e sua utilização para a implementação de portas lógicas quânticas. Especificamente, tratamos três sistemas distintos: no primeiro, consideramos um íon armadilhado numa cavidade, com seus níveis eletrônicos sujeitos a um processo de amplificação linear; nos segundo, retomando o sistema de um íon armadilhado numa cavidade, consideramos que a interação da matéria com os campos de radiação e vibração dão-se de forma dispersiva. O primeiro sistema foi utilizado para a engenharia de interações entre os campos de radiação e vibração. Aplicações dos Hamiltonianos efetivos construídos são apresentadas. Através do segundo sistema mostramos como construir portas de fase e CNOT, pelas quais utililizamos os estados vibracionais para o controle dos estados eletrônicos e vice-versa. Através da duplicação desse sistema, mostramos como teletransportar o estado vibracional de um íon para outro armadilhados em cavidades distintas. Notamos que o nosso protocolo de teletransporte prescinde da necessidade de mapear o estado vibracional a ser teletransportado para o modo da cavidade, diminuindo o número de passos necessários para a efetivação do processo. No terceiro sistema mostramos como implementar portas de fase e CNOT que se utilizam dos estados eletrônicos (vibracionais) de um dos íons para o controle dos estados vibracionais (eletrônicos) do outro. Por fim, mostramos como preparar os estados da base de Bell para os graus de liberdade vibracionais de ambos os íons.

Made available in DSpace on 2014-08-27T14:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-04-24Bitstream added on 2014-08-27T15:57:07Z : No. of bitstreams: 1 000775128.pdf: 1747273 bytes, checksum: 1bd144a3ba15eb0510ec2766e63db19f (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho, apresentamos uma introdução à teoria da informação quântica. Antes de lidarmos com a informação quântica propriamente dita, desenvolvemos alguns assuntos preliminares, a teoria clássica da informação e conceitos relevantes em dinâmica de sistemas quânticos. Depois, de?nimos medidas de correlações quânticas, concorrência e discórdia quântica, e estudamos sua evolução dinâmica quando o acoplamento do sistema com o ambiente é modelado como aleatório. Concluímos que um ambiente aleatório impõe uma perda permanente nas correlações do sistema / In this work, we present an introduction to the quantum information theory. Before dealing with quantum information we develop some necessary tools, the classical information theory and some important concepts in quantum dynamics. We de?ne measures of quantum correlations, concurrence and quantum discord, and study their dynamical evolution when the coupling between the system and environment is considered random. We conclude that a random environment imposes permanent loss of correlations to the system

The Theory of Games is a mathematical formalism used to analyze conflicts between two or more parts. In those conflicts, each part has a group of actions (strategies) that aids them in the optimization of their objectives. The objectives of the players are the rewards (payoffs) given according to their chosen strategy. By quantizing a game, advantages in operational efficiency and in the stability of the game solutions are demonstrated. In a quantum game, the strategies are operators that act on an isolated system. A natural issue is to consider a game in an open system. In this case the strategies are changed by Kraus operators which represent a natural measurement of the environment. We want to find the necessary physical conditions to model a quantum open system as a game. To analyze this issue we applied the formalism of Quantum Operations on the Fröhlich system and we described it as a model of Quantum Game. The interpretation is a conflict among different configurations of the environment which, by inserting noise in the main system exhibits regimes of minimum loss of information. On the other hand, the model of Fröhlich has been used to describe the biophysical dynamics of the neuronal microtubules. By describing the model of Fröhlich in the Quantum Game formalism, we have shown that regimes of stability may exist even under physiological conditions. From the evolutionary point of view, the Theory of Games can be the key to describe the natural optimization at sub-neuronal levels. / A Teoria de Jogos (TJs) é um formalismo matemático usado para analisar situações de conflitos entre duas ou mais partes. Nesses conflitos, cada parte possui um conjunto de ações (estratégias) que auxilia na otimização de seus objetivos. Os objetivos dos jogadres são as recompensas (payoffs) que cada um recebe de acordo com a estratégia adotada. Ao se quantizar um jogo, mostra-se ganhos em eficiência operacional e ganhos na estabilidade das soluções. Em um jogo quântico (JQ), as estratégias são operadores que atuam num sistema isolado. Uma questão natural é considerar um jogo num sistema aberto. Nesta situação as estratégias são trocadas por operadores de Kraus que representam uma medida natural do ambiente. Nosso interesse é encontrar as condições físicas necessáriaas para modelarmos um sistema quântico aberto como um jogo. Para analisar essa questão aplicamos o formalismo de Operações Quânticas (OQs) sobre o sistema de Fröhlich e o apresentamos como um modelo de JQ. A interpretação é um conflito entre diferentes configurações do ambiente que, ao inserirem ruído no sistema principal, exibem regiões de mínima perda de informação. O modelo de Fröhlich vem sendo usado para descrever a dinâmica biofísica dos microtúbulos neuronais. Ao estruturamos o modelo de Fröhlich nos JQs, mostramos que as regiões de estabilidade podem existir sob condições fisiológicas. Usando o aspecto evolucionista, a TJs pode ser a chave para a descrição de processos de otimização da informação em nível sub-neuronal.

Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: Luiz Davidovich / Banca: Ruynet Lima de Matos Filho / Banca: Roberto Menezes Serra / Banca: Gustavo Garcia Rigolin / Resumo: Efeitos notáveis são obtidos na transmissão e no processamento de informação quando se utilizam canais quânticos. Exemplos desses efeitos são algoritmos quânticos ultrarrápidos, teletransporte quântico criptografia quântica, codificação superdensa e correção quântica de erros. Embora a teoria da informação quântica comumente lide apenas com sistemas não-relativísticos, um tratamento relativístico é de grande interesse não apenas para a completeza lógica da teoria, como também para o desenvolvimento de novas limitações e efeitos físicos que surgem quando há movimento relativo entre as partes que trocam informação. Além disso, um entendimento mais profundo da extensão relativística da teoria da informação quântica pode ajudar a esclarecer problemas conceituais importantes, como o paradoxo da perda de informação em buracos negros. Do ponto de vista prático, foi proposto, recentemente, um experimento para o qual essa formulação estendida pode ser significativa. Ele consiste na transmissão de fótons emaranhados pelo espaço livre, entre estações terrestres e satélites em órbita, com o bjetivo de testar a mecânica quântica para grandes distâncias e, sobretudo, dar or primeiros passos rumo à implementação de protocolos de informação quântica em escala global. Nesta tese , apresentamos alguns dos resultados seminais da incipiente teoria relativística da informação quântica e acrescentamos duas contribuições originais: estudamos como a relatividade afeta as correlações entre as polarizações de um par de fótons emaranhados, analisando, para isso, as desigualdades de Bell quando um detector move-se em relação ao outro (como será o caso nos experimentos envolvendo satélites em órbita), e analisamos o limite de Holevo para investigar sistemas de comunicação quando há movimento relativo entre o emissor e o receptor de uma mensagem clássica enviada por um canal quântico / Abstract: Remarkable effects are found in information transmission and processing when comunication channels are allowed to be quantum mechanical. Examples of these are fast quantum algorithms, quantum teleportation, quantum cryptography, dense coding, and quantum error correction. Although quantum information theory commonly deals only with nonrelativistic systems, a relativistic treatment is relevant not only to the logical completeness of the theory but also to unveil new physical effects and bounds tha arise in information transfer and processing when there is relative motion between the parts that trade information. Moreover, a better understanding of the relativistic extension of quantum information theory may shed light on several important conceptual issues, for instance, the black hole information paradox. Recently, an experimental set-up in which this formulation may be important was proposed. It consists in using free-space tranmission of entangled photons between ground stations and Earth-orbiting satellites in order to test quantum mechanics for large space distances and, eventually, to implement quantum information protocols in global scales. in this thesis, we present some of the keystones of relativistic quantum information theory and add two original results: we study how special relativity affects the polarization correlations between an entangled pair of photons by examining the Clauser-Horne-Shimony-Holt Bell inequality when the detectors are moving (as it will be the case in experiments with satellites), and we analyse the Holevo bound in order to investigate quantum communication channels when the parts that trade information are in relative motion / Doutor

Orientador: Gastão Inácio Krein / Banca: Diógenes Galetti / Banca: Roberto Menezes Serra / Resumo: Neste trabalho, apresentamos uma introdução à teoria da informação quântica. Antes de lidarmos com a informação quântica propriamente dita, desenvolvemos alguns assuntos preliminares, a teoria clássica da informação e conceitos relevantes em dinâmica de sistemas quânticos. Depois, definimos medidas de correlações quânticas, concorrência e discórdia quântica, e estudamos sua evolução dinâmica quando o acoplamento do sistema com o ambiente é modelado como aleatório. Concluímos que um ambiente aleatório impõe uma perda permanente nas correlações do sistema / Abstract: In this work, we present an introduction to the quantum information theory. Before dealing with quantum information we develop some necessary tools, the classical information theory and some important concepts in quantum dynamics. We define measures of quantum correlations, concurrence and quantum discord, and study their dynamical evolution when the coupling between the system and environment is considered random. We conclude that a random environment imposes permanent loss of correlations to the system / Mestre

Neste trabalho estudamos as propriedades de emaranhamento dos estados de dois quasifótons de frequências diferentes, fazendo a aproximação de que o vácuo de quasifótons é igual ao vácuo de fótons, no caso em que não temos campo externo algum e no caso da presença de um campo magnético externo, constante e homogêneo. Estudamos também as propriedades de emaranhamento do próprio vácuo de quasifótons e dos estados de dois quasifótons no caso monocromático, sem campo externo e com o vácuo de quasifótons levado em conta exatamente. / In this work we study the properties of entanglement of the states of two quasi-photons of different frequencies, considering the approximation that the quasi-photon\'s vacuum is equal the photon\'s vacuum, in the case where we have no external field and in the case where we have an external, constant and homogeneous magnetic field. We study also the properties of entanglement of the quasi-photon\'s vacuum and of the states of two quasi-photons in the monochromatic case, without external field and with the quasi-photon\'s vacuum considered exactly.

O papel das medidas de complexidade tem se tornado cada vez mais claro na extensão da compreensão que se tem sobre sistemas complexos. Todavia, apesar do grande número de medidas propostas para capturar tais características em sistemas clássicos, para sistemas quânticos somente vê-se extensões da complexidade algorítmica de Kolmogorov. Assim, propõe-se neste trabalho a extensão de três medidas de complexidade pelo uso do ferramental da teoria da informação quântica para torná-las capazes de compreender a quantificação da complexidade de estados quânticos. Resultados mostram que alguns fenômenos observados em sistemas complexos clássicos estão presentes em estados bipartite e tripartite de qubits e estão intimamente ligados com a presença de entrelaçamento nos mesmos. Tanto comprovação de conceitos já conhecidos como indícios de novos fenômenos foram observados, ambos com possíveis aplicações tecnológicas. / The role of complexity measures has become increasingly clear on the extent of understanding we have of complex systems. However, despite the large number of measures proposed to capture these characteristics in classical systems, to quantum systems there are only extensions of the Kolmogorov\'s algorithmic complexity. Thus, this work proposes the extension of three measures of complexity by using the tools of quantum information theory to make them able to understand the quantification of the complexity of quantum states. Results show that some phenomena observed in classical complex systems are present in bipartite and tripartite states of qubits and are closely linked with the presence of entanglement in them. Both proof of known concepts as signs of new phenomena were observed, with possible technological applications.

A presente dissertação apresenta um levantamento bibliográfico de alguns dos principais autores que analisam as possíveis fronteiras de diálogo entre a evolução das tecnologias de informação entre os séculos XX e XXI, com destaque para as descobertas no campo da física quântica aplicadas à informação e à computação, em busca do entendimento crítico desse universo de interdisciplinaridade para traçar, a partir da perspectiva dos estudos da comunicação, possibilidades a partir da construção de um processador quântico e o conseqüente surgimento de uma rede quântica de computadores, baseada em princípios multiversais, epistemológicos e evolutivos. Para tanto, pretendeu demonstrar tudo no Universo como informação, apontando os principais sintomas supermodernos que caracterizam a transição do Pós-Humano rumo a uma nova epistemologia, e fazendo uma releitura dos principais dilemas comunicacionais \"tautistas\" já sob um novo prisma, de acordo com os três rios propostos pelo Prof. Dr. Eugênio Bucci: evolução, linguagem e capital. / This dissertation presents a bibliography of some of the main authors which analyze the possible boundaries of dialogue between the evolution of information technologies from 20th to 21st Century, highlighting the discoveries in quantum physics applied to information and computing, in search of critical understanding of this interdisciplinarity universe to plot, under the perspective of communication studies, possibilities once a quantum processor is built and the consequent emergence of a quantum computers network, based on multiversal, epistemological and evolutionary principles. Therefore, we have intended to show everything in the universe as information, pointing the main hypermodern symptoms that characterize the transition from Post-Human towards a new epistemology, and making a reinterpretation of the main \"tautistic\" communication dilemma, according to the three rivers proposed by Prof. PhD. Eugenio Bucci: evolution, language and capital.

Apresentamos neste trabalho a primeira verificação experimental de emaranhamento entre os feixes, sinal, complementar e bombeio refletido, produzidos pelo Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) acima do limiar. Utilizando o critério de soma de variâncias de van Loock e Furusawa, obtivemos resultados que apontam a existência de emaranhamento tripartite em nosso sistema, evidenciado através da aplicação do critério de Positividade sob Transposição Parcial de Peres-Simon (PPT). A observação desse efeito, previsto em 2006, encontrou dificuldades relacionadas a existência de um ruído clássico espúrio, inserido pelo cristal não-linear. Apresentamos, um modelo teórico para esse ruído que leva em consideração pequenas flutuações na permissividade dielétrica do cristal, associadas às vibrações da rede. Em seguida, mostramos como conseguimos controlar e reduzir o excesso de ruído de modo a obter condições que permitiram à observação do emaranhamento tripartite. / We present in this work the first experimental verification of entanglement between the, signal, idler and reflected pump beams, generated by an Optical Parametric Oscillator (OPO) above the threshold. Using the criterion of sum of variances, proposed by van Loock and Furusawa, we obtained results that indicate the existence of tripartite entanglement in our system. That is confirmed by applying the criterion of positivity under partial transposition by Peres-Simon (PPT). The observation of this effect, predicted in 2006, faced difficulties related to the existence of a spurious classical noise, introduced by the nonlinear crystal. We have also presented a theoretical model for this that takes into account small fluctuations in the dielectric permittivity of the crystal, associated with vibrations of its lattice. We show how to control and reduce the excess noise in order to achieve conditions for the observation of tripartite entanglement.

A mistura de quatro ondas (4WM) é um processo não linear que permite a amplificação paramétrica de campos óticos. A partir de um campo de bombeio, podemos amplificar um campo de prova e gerar um campo conjugado neste processo com um elevado ganho. Recentemente, vários experimentos de 4WM foram realizados em células de rubídio revelando compressão de ruído e emaranhamento da luz [1, 2, 3], levando a aplicações interessantes na área de informação quântica. Estudamos a mistura de quatro ondas numa célula de vapor de rubídio dentro de uma cavidade ótica, servindo como um oscilador paramétrico ótico (OPO). Resolvemos o modelo de campo médio e estudamos as flutuações quânticas dos campos na operação acima do limiar de oscilação para os casos de ressonância dupla (prova e conjugado) e tripla. Mostramos o emaranhamento de três campos (bombeio, prova e conjugado), além de compressão de ruído para o campo de bombeio e para os campos convertidos. Nosso modelo permite estudar o caso de uma cavidade aberta, explorando a região próxima ao limiar, diferente da situação experimental observada para sistemas com não-linearidades (2), que geralmente possuem ganhos baixos e necessitam de cavidades fechadas. Palavras chave: ótica quântica, mistura de quatro ondas, Oscilador paramétrico ótico, emaranhamento. [1] Squeezed light and entangled images from four-wave-mixing in hot rubidium vapor, vol. 7092, 2008. [2] R. C. Pooser, A. M. Marino, V. Boyer, K. M. Jones, and P. D. Lett, Low-noise amplifi- cation of a continuous-variable quantum state, Phys. Rev. Lett., vol. 103, p. 010501, Jun 2009. [3] V. Boyer, A. M. Marino, R. C. Pooser, and P. D. Lett, Entangled images from four-wave mixing, Science, vol. 321, no. 5888, pp. 544547, 2008. / The four waves (4WM) is a non-linear process that allows a parametric amplification of optical fields. From a pump field, we can amplify a test field and generate a conjugate field in this process with a high gain. Recently, several experiments of 4WM were carried out on rubidium cells revealing noise squeezing and entanglement [1, 2, 3], leading to some interesting aplications in the area of quantum information. We Studied the four wave mix in a rubidium vapor cell inside an optical cavity, serving as an optical parametric oscillator (OPO). We solved the mean field model and studied the quantum fluctuations of the fields in the operation above the oscillation threshold for the cases of double resonance (pump and conjugate) and triple (pump, probe and conjugate). We show the entanglement of three fields (pump, probe and conjugate), as well as squeezing for the pump field and the converted fields. The model allows to study the case of an open cavity, exploring the region around the threshold, different from the experimental situation observed for non-linear systems (2), which in general producess low gains and needs closed cavities. Key words: quantum optics, four wave mixing, optical parametric oscilator, entanglement. [1] Squeezed light and entangled images from four-wave-mixing in hot rubidium vapor, vol. 7092, 2008. [2] R. C. Pooser, A. M. Marino, V. Boyer, K. M. Jones, and P. D. Lett, Low-noise amplifi- cation of a continuous-variable quantum state, Phys. Rev. Lett., vol. 103, p. 010501, Jun 2009. [3] V. Boyer, A. M. Marino, R. C. Pooser, and P. D. Lett, Entangled images from four-wave mixing, Science, vol. 321, no. 5888, pp. 544547, 2008.