Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-29T15:51:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Veronez_Matheus_D.pdf: 15544434 bytes, checksum: 608af036b8db9a50a1b8ed957b506d84 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Representações no espaço de fase são ferramentas bastante difundidas no estudo e na simulação de sistemas quânticos, principalmente devido aos seus apelos clássicos. Tanto na mecânica quântica quanto na clássica, elementos similares, tal como densidades de probabilidade, podem ser definidos e usados para comparar ambos regimes. Neste trabalho construímos a partir de primeiros princípios uma corrente quântica no espaço de fase na representação de estados coerentes canônicos. Determinamos a corrente quântica para sistemas sob evolução de uma hamiltoniana genérica e mostramos que ela pode ser expandida numa série de potências em $hbar$ cujo termo de ordem mais baixa é a corrente clássica. Calculamos analiticamente a corrente para alguns sistemas uni-dimensionais simples. A corrente quântica apresenta propriedades não-clássicas, por exemplo, inversão de momento e surgimento de novos pontos de estagnação aos pares durante a dinâmica. Mostramos que estes pares são compostos por um ponto de sela, que é um zero da densidade de probabilidade e possui uma carga topológica de -1, e por um vórtice, que possui carga +1. Ambos pontos constituem o que denominamos dipolo topológico. Analisamos o papel destes dipolos no espalhamento de uma partícula por uma barreira gaussiana e mostramos que suas localizações em relação às superfícies de energia clássicas e em relação aos máximos da densidade de probabilidade são assinaturas de tunelamento / Abstract: Phase space representations are widely used tools to study and simulate the quantum dynamics of systems, mainly due to its natural classical appeal. In both classical and quantum mechanics, corresponding but not equivalent structures, such as probability densities, can be defined and explored to compare both dynamical regimes. In this work, we constructed from first principles the quantum phase space current for a quantum system in the canonical coherent states representation. We determined the quantum current for systems evolving under a general Hamiltonian, and we showed that the current can be expanded as a power series in $hbar$, whose lowest order term is the classsical current. We also calculated analytically the quantum current for simple one-dimensional systems. The quantum current presents non-classical features, such as momentum inversion and emergence of new stagnation points which appear in pairs during the dynamics. We showed that the pairs are composed by a saddle point, which is a zero of the phase space probability density and bears a topological charge -1, and a vortex, with charge +1. Both points constitute what we named a topological dipole. We analysed the role the dipoles play in the scattering of a particle by a gaussian barrier, and we showed that the location of the dipoles in relation to the classical energy surfaces and the quantum probability density maxima is a fingerprint of quantum tunneling / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 2013/02248-0 / 157615/2011-1 / FAPESP / CNPQ

Neste trabalho, a reação O(3P) + HBr → OH + Br, que se insere no contexto da química atmosférica, mais especificamente nos ciclos de destruição catalítica do ozônio, foi estudada empregando superfícies de energia potencial ab initio de alta qualidade. Construímos superfícies para os estados eletrônicos 3A\" e 3A\', baseadas na expansão de muitos corpos, com potenciais de dois corpos ajustados por funções \"switched-MLJ\" e potenciais de três corpos interpolados utilizando o método RKHS. Os pontos ab initio utilizados foram obtidos no nível de teoria MRCISD+Q/CBS+SO. A superfície final para o estado eletrônico 3A\" foi corrigida por um fator multiplicativo de modo que reproduzisse cálculos benchmark para a altura de barreira, em que foram considerados efeitos relativísticos (escalares e spin-órbita), correlação caroço-valência e correlação de ordem alta (excitações triplas e quádruplas). As principais características da SEP 3A\" são dois mínimos de van der Walls no canal de entrada e saída e um estado de transição com uma barreira energética de 5,01 kcal mol-1. A SEP 3A\' tem um estado de transição linear em 6,45 kcal mol-1. O valor obtido para a entalpia de reação, a 0 K, foi de -15,7 kcal mol-1, muito próximo do valor experimental de -15,14 kcal mol-1. Calculamos constantes de velocidade, no intervalo de 200 a 1000 K, utilizando a teoria do estado de transição variacional com contribuições de tunelamento multidimensional (ICVT/µOMT) e com uma aproximação de espalhamento reativo quântico (QM/JS). Estes valores estão em ótima concordância com os dados experimentais da literatura, em todo intervalo de temperatura em que estão disponíveis: de 221 a 554 K para reação O + HBr e de 295 a 419 K para reação O + DBr. As constantes de velocidade, a 298 K e em cm3 molécula-1 s-1, obtidas para a reação O + HBr são: 3,62·10-14 (ICVT/µOMT) e 3,35·10-14 (QM/JS), enquanto que o valor experimental é 3,78·10-14. A qualidade destes resultados reforça nossa confiança nos procedimentos e aproximações utilizadas, abrindo caminho para a caracterização, em alto nível, de uma grande variedade de reações em fase gasosa. / In this work, the O(3P) + HBr → OH + Br reaction, which is relevant to atmospheric chemistry, specially for the catalytic ozone depletion, was studied using high-level ab initio potential energy surfaces. We constructed surfaces for the 3A\" and 3A\' electronic states, based on the many-body expansion, with the two-body potentials adjusted by the switched-MLJ function and the three-body potentials interpolated using the RKHS method. The ab initio points were calculated at the MRCISD+Q/CBS+SO level of theory. The main features of the 3A\" are the presence of two van der Waals minima, at the entrance and exit channels, and a transition state with a barrier height of 5.01 kcal mol-1. The 3A\' PES has a linear transition state at 6.45 kcal mol-1. We obtained the enthalpy of reaction, at 0 K, of -15.7 kcal mol-1, in close agreement with the experimental value of -15.14 kcal mol-1. Rate constants, in the temperature range from 200 to 1000 K, were calculated using the variational transition state theory with contributions of multidimensional tunneling (ICVT/µOMT) and also a quantum reactive scattering approach (QM/JS). Their values are in fair agreement with the experimental data in the literature in the whole temperature range available: from 221 to 554 K for the O + HBr reaction, and from 295 to 419 K for the O + DBr reaction. At 298 K, the calculated rate constants, in cm3 molecule-1 s-1, for the O + HBr reaction are 3.62·10-14 (ICVT/µOMT) and 3.35·10-14 (QM/JS); and the experimental value is 3.78·10-14. The quality of these results reinforces our confidence in the procedures and approximations used, leading to the possibility of high-level characterization of a variety of gas phase reactions.

A presente dissertação tem como objeto de estudo sistemas da física da matéria condensada que sejam capazes de simular sistemas gravitacionais, tais como buracos negros e universos em expansão, onde processos quânticos tomam parte. Neste estudo nos debruçamos principalmente sobre o modelo do fluido e condensados de Bose-Einstein. No modelo do fluido exploramos a geometria efetiva que surge e os problemas de back-reaction e dos modos trans-planckianos de campos quânticos. No modelo baseado em condensados exploramos sua faceta cosmológica e a possibilidade de campos maciços. Além destes dois modelos de grande relevância na literatura, ainda expomos os análogos em cordas elásticas e os baseados em ondas na superfícies de fluidos e uma análise geral baseada no formalismo lagrangeano para campos. / This dissertation has as object of study systems of condensate-matter physics which can simulate gravitational systems like black holes and expanding universes where quantum processes take place. In this study we lay attention mainly on the fluid model and on Bose-Einstein-condensate-based models. In the fluid model we explore the features of the emergent geometry and other problems like the back-reaction and the trans-planckian modes of quantum fields. In the condensate-based models we explore their cosmological aspects and the possibility for massive fields. Moreover, we shall present two other models, the elastic string and the surface-wave-based models in fluids, and a very general analysis based on the Lagrangean formalism for fields.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-06T19:17:03Z No. of bitstreams: 1 HERON ARAGÃO MONTEIRO - DISSERTAÇÃO PPGCC 2012..pdf: 15948168 bytes, checksum: e445512265f530700a45c3924f68aa02 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:17:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HERON ARAGÃO MONTEIRO - DISSERTAÇÃO PPGCC 2012..pdf: 15948168 bytes, checksum: e445512265f530700a45c3924f68aa02 (MD5) Previous issue date: 2012-05-31 / Com o avanço da nanotecnologia, a computação quântica tem recebido grande destaque no meio científico. Utilizando os fundamentos da mecânica quântica, têm sido propostos diversos algoritmos quânticos. E, até então, os mesmos têm apresentado ganhos significativos com relação às suas versões clássicas. Na intenção de poder ser verificada a eficiência dos algoritmos quânticos, diversos simuladores vêm sendo desenvolvidos, visto que a confecção de um computador quântico ainda não foi possível. Há duas grandes vertentes de simuladores: os simuladores por software e os simuladores por hardware, chamados de emuladores. Na primeira classe se encontram os programas desenvolvidos em um computador clássico, procurando implementar os fundamentos da mecânica quântica, fazendo uso das linguagens de programação clássicas. Na segunda, são utilizados recursos que não estejam vinculados à plataforma do computador clássico. Dentre os emuladores, particularmente, estudos têm sido realizados fazendo uso de hardware dedicado (mais especificamente, FPGAV). O presente trabalho propõem a verificação da real utilidade da plataforma FPGA, com a intenção de se desenvolver um emulador universal, que permita a emulação de qualquer classe de circuitos, e que os mesmos possam ser implementados com um maior número de q-bits em relação aos circuitos tratados nos trabalhos anteriores. / With the progress of nanotechnology, quantum computing has received great emphasis in scientific circles. Using the basis of quantum mechanics, different quantum algorithms have been proposed. And so far, they have presented significant gains with respect to its classic versions. In order to verify the efficiency of quantum algorithms, several simulators have been developed, since the construction of a quantum computer is not yet possible. There are two major classes of simulators, simulators via software and via hardware. The latter being also called emulators. In the first class, programs are developed in a classical computer, attempting to implement the fundamentais of quantum mechanics, making use of classic programming languages. In the second, resources are used that are not related to the classic computer platform. Among the emulators, in particular, studies have been made using dedicated hardware (more specifically, FPGA's2). The present work proposes the use of the FPGA boards in emulation of quantum circuits aiming a gain scale in relation to the alternatives presented so far. The present work proposes checking the usefulness of the FPGA with the intention of developing an universal emulator that is able to emulate any type of circuit, and that they can be implemented with a larger number of q-bit in respect to the circuits treated in the previous works.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-01T20:10:46Z No. of bitstreams: 1 REX ANTONIO COSTA MEDEIROS - DISSERTAÇÃO PPGEE 2004..pdf: 14601327 bytes, checksum: 5e8b5fae1a59cd77236adc8cc0655c17 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-01T20:10:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 REX ANTONIO COSTA MEDEIROS - DISSERTAÇÃO PPGEE 2004..pdf: 14601327 bytes, checksum: 5e8b5fae1a59cd77236adc8cc0655c17 (MD5) Previous issue date: 2004-06-22 / CNPq / Nos dias atuais, os sistemas de criptografia e autenticação desempenham um papel fundamental em aplicações que envolvem a manipulação de informações sigilosas, tais como movimentações financeiras, comércio eletrônico, aplicações militares e proteção de arquivos digitais. A popularização do uso dos sistemas de criptografia e autenticação se deve, em grande parte, a descrição de esquema de criptografia por chave pública. A segurança de tais sistemas é baseada na intratabilidade computacional (clássica) de problemas da teoria dos números, como a fatoração em produtos de primos e o problema do logaritmo discreto. A partir da formulação da Mecânica Quântica, foram demonstrados algoritmos que, executados em um computador quântico e consumindo tempo e recursos polinomiais, são capazes de resolver tais problemas. A construção de um computador quântico inviabilizaria, portanto, o uso de sistemas de criptografia e autenticação por chave pública. Nesta dissertação é discutido o problema da autenticação quântica de mensagens clássicas. É proposto um protocolo híbrido que alcança segurança incondicional, mesmo que um criptoanalista disponha de recursos computacionais infinitos, sejam eles clássicos ou quânticos. Através de uma prova matemática formal, é mostrado que o nível de segurança pode ser feito tão alto quanto desejado. Tal segurança é-garantida pelos princípios fundamentais da mecânica quântica. / Nowadays, cryptography and authentication play a central role in applications that manipulates confidential information, like financial transactions, e-commerce, military applications and digital data protection. The explosive growth of cryptosystems is mostly due to the discovery of the so-called public-kcy cryptosystems. The security of such systcms is based on the intractability of some problems from number theory, like factorization and the discrete logarithm problem. After the formulation of the quantum mechanics, several protocols wcre described in order to solve these problems in time and resources polynomials in their argumente. So, one can conclude that public-key cryptosystems are not secure in a scenario where an eavesdropper makes use of quantum computers. In this work it is discussed the problem of quantum authenticating classical messages. It is proposed a non-interactive hybrid protocol reaching information-theoretical security, even when an eavesdropper possesses both infinite quantum and classical computei- power. It is presented a mathematical proof that it is always possible to reach a desirable levei of security. This security is due to the quantum mechanics proprieties of non-orthogonal quantum states.

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Neste trabalho, investigamos propriedades estáticas e dinâmicas de sistemas fortemente correlacionados quase-unidimensionais. A principal técnica utilizada no estudo de tais sistemas foi o grupo de renormalização da matriz de densidade. Neste contexto, um dos sistemas que consideramos foram as escadas de Heisenberg de N pernas com spin-s. Para estas escadas, investigamos propriedades estáticas, tais como energia por sítio no limite termodinâmico e gap de spin. Em particular, verificamos a validade da conjectura de Haldane-Sénéchal-Sierra para o comportamento do gap de spin das escadas de Heisenberg. Ainda para sistemas com geometria de escadas, outro problema que analisamos foi a entropia de emaranhamento de escadas quânticas críticas. Neste caso, propusemos uma conjectura para o comportamento de escala desta entropia. A fim de verificar nossa conjectura, consideramos as escadas férmions livres, de Heisenberg e escadas de Ising quânticas. Por fim, investigamos o comportamento das correlações dinâmicas de sistemas fortemente correlacionados unidimensionais. Para este caso, apresentamos um estudo detalhado do comportamento assintótico das autocorrelações de spin dinâmicas no bulk e na borda de tais sistemas. / In this work, we investigated static and dynamical properties of quasi-one-dimensional strongly correlated systems. The main technique used in the study of such systems was the density matrix renormalization group. In this context, one of the systems that we considered were the spin-s N-leg Heisenberg ladders. For these ladders, we investigated static properties, such as the energy per site in the thermodynamic limit and the spin gap. In particular, we checked the validity of the Haldane-Sénéchal-Sierra's conjecture for the spin gap behavior of the Heisenberg ladders. Also for systems with ladders geometry, another problem that we analyzed was the entanglement entropy of quantum critical ladders. In this case, we proposed a conjecture for the scaling behavior of this entropy. In order to check our conjecture, we consider free fermions, Heisenberg ladders and quantum Ising ladders. Finally, we investigated the behavior of the dynamical correlations in one-dimensional strongly correlated systems. For this case, we presented a detailed study of the asymptotic behavior of the dynamical spin autocorrelations at the bulk and the boundary of such systems. / Tese (Doutorado)

A presente dissertação tem como objeto de estudo sistemas da física da matéria condensada que sejam capazes de simular sistemas gravitacionais, tais como buracos negros e universos em expansão, onde processos quânticos tomam parte. Neste estudo nos debruçamos principalmente sobre o modelo do fluido e condensados de Bose-Einstein. No modelo do fluido exploramos a geometria efetiva que surge e os problemas de back-reaction e dos modos trans-planckianos de campos quânticos. No modelo baseado em condensados exploramos sua faceta cosmológica e a possibilidade de campos maciços. Além destes dois modelos de grande relevância na literatura, ainda expomos os análogos em cordas elásticas e os baseados em ondas na superfícies de fluidos e uma análise geral baseada no formalismo lagrangeano para campos. / This dissertation has as object of study systems of condensate-matter physics which can simulate gravitational systems like black holes and expanding universes where quantum processes take place. In this study we lay attention mainly on the fluid model and on Bose-Einstein-condensate-based models. In the fluid model we explore the features of the emergent geometry and other problems like the back-reaction and the trans-planckian modes of quantum fields. In the condensate-based models we explore their cosmological aspects and the possibility for massive fields. Moreover, we shall present two other models, the elastic string and the surface-wave-based models in fluids, and a very general analysis based on the Lagrangean formalism for fields.

Using the method of the star product, the non-relativistic regime of the Dirac equation is evaluated and the NC hamiltonian to the Zeeman e ect is determined. Using the rst-order perturbation theory, the correction to the energy is calculated. We obtain the orbital and spin Land e factors. It is shown that the experimental value for the spin Land e factor put the following upper limit on the magnitude of the momentum NC parameter, p . 0; 34 eV=c. Established also a possible correction of the NC phase space to the presently accepted value of Planck's constant with an uncertainty of 2 part in 1035. By mapping via Boop's shift we obtain the Landau levels and the Hall conductivity for graphene in NC phase space. Using the current experimental precision, respectively, of the Hall conductivity and of the Landau levels in graphene, we obtain the following upper limit to the magnitude of the momentum NC parameter, p . 2; 5eV=c e p . 8; 5eV=c. Finally, by Newton's law in NC space and using the Langevin equations, we describe the Browniano motion, and thus we de ne a new physical parameter that shows the possibility of detecting NC eff ects on the macroscopic scale. / Utilizando-se do m étodo do produto estrela, o regime não relativí stico da equa ção de Dirac é avaliado e o hamiltoniano NC para o efeito Zeeman é determinado. Usando a teoria de perturba ção de primeira ordem, a corre ção para a energia é calculada. Obtemos assim, os fatores de Land é orbital e de spin. É mostrado que o valor experimental para o fator de Land é de spin impõe o seguinte limite superior na magnitude do parâmetro NC de momento,p . 0; 34 eV=c. Estabelecemos tamb ém uma possí vel corre ção do espa ço de fase NC para o valor atualmente aceito da constante de Planck, com uma incerteza de 2 partes em 10 elevado a 35. Atrav és do mapeamento via Boop's shift obtemos os n íveis de Landau e a condutividade Hall para o grafeno no espa ço de fase NC. Utilizando a atual precisão experimental, respectivamente, da condutividade Hall e dos n veis de Landau no grafeno, obtemos os seguintes limites superiores para a magnitude do parâmetro NC de momento,p . 2; 5eV=c ep . 8; 5eV=c. Por fim, atrav és das leis de Newton num espa ço NC e utilizando as equa ções de Langevin, descrevemos o movimento Browniano, e assim defi nimos um novo parâmetro f ísico que mostra a possibilidade de detectar efeitos NC na escala macrosc ópica.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-01T14:15:29Z No. of bitstreams: 1 ELLOÁ BARRETO GUEDES COSTA - TESE PPGCC 2013..pdf: 53314941 bytes, checksum: 3758326a173b3852e098b78e3e03a1fc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-01T14:15:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELLOÁ BARRETO GUEDES COSTA - TESE PPGCC 2013..pdf: 53314941 bytes, checksum: 3758326a173b3852e098b78e3e03a1fc (MD5) Previous issue date: 2013-11-13 / CNPq / A Teoria da Informação Quântica é uma área de pesquisa a qual considera o estudo dos limites máximos possíveis para o processamento e transmissão da informação, considerando que esta última encontra-se representada de acordo com as leis da Mecânica Quântica. Uma das maneiras de contribuir com esta área de pesquisa é no desenvolvimento de contrapartidas quânticas para os conceitos da Teoria da Informação Clássica. Graças a esta abordagem é que foi proposta a Teoria da Informação Quântica Erro-Zero, a qual considera o uso e as condições para que canais quânticos ruidosos possam transmitir informação clássica sem erros de decodificação. Apesar da proposição desta teoria e dos progressos recentes, foi identificado que o conhecimento das potencialidades, limitações e aplicações desta teoria ainda é incipiente. Na tentativa de minimizar este problema, esta tese apresenta dois novos conceitos ligados à Teoria da Informação Quântica Erro-Zero: (i) a capacidade quântica de sigilo erro-zero; e a (ii) informação acessível erro-zero de fontes quânticas. Em relação à primeira contribuição, tem-se o estabelecimento das condições necessárias para enviar informação por canais quânticos ruidosos sem que haja erros de decodificação e com sigilo absoluto, identificando uma nova capacidade de canais quânticos, estabelecendo a relação desta capacidade com a Teoria dos Grafos e identificando as situações em que esta possui caracterização de letra isolada. A segunda contribuição trata da proposição de uma medida de informação sobre fontes quânticas, a qual mensura o potencial de decodificar, sem erros, estados quânticos emitidos por estas fontes. Obter esta medida é um problema análogo ao de calcular a capacidade erro-zero de canais clássicos equivalentes e não há medida equivalente na Teoria da Informação Erro-Zero Clássica. Os conceitos propostos colaboram para o desenvolvimento da Teoria da Informação Quântica Erro-Zero em termos teóricos e práticos, uma vez que é possível considerar implementações de ambas contribuições com tecnologia existente atualmente. Além disto, intersecções da Teoria da Informação Quântica Erro-Zero junto à Criptografia, Teoria dos Grafos e Ciência da Computação são identificadas. O estabelecimento de tais contribuições colabora diretamente para a resolução de um dos desafios da Teoria da Informação Quântica, o qual trata da determinação de limites para a classe de tarefas de processamento de informação que são possíveis considerando a utilização da Mecânica Quântica. / Quantum Information Theory is a research area that investigates the limits of information processing and transmission considering the laws of Quantum Mechanics. The translation of concepts from Classical Information Theory is a widely known approach to contribute to Quantum Information Theory. Thanks to that, the Quantum Zero-Error Information Theory was proposed. This theory investigates the use and the conditions for classical information exchange through noisy quantum channels without decoding errors. Despite the recent developments, it wasidentified that the knowledge about its potentialities, limitations and applications is still incipient. In the attempt to minimize this problem, this thesis presents two new concepts related to the Quantum Zero-Error Information Theory: (i) the quantum zero-error secrecy capacity; and the (ii) zero-error quantum accessible information. Regarding the first contribution, there is the establishment of the required conditions to send information through quantum channels without decoding errors and with perfect secrecy. This proposal identifies a new capacity of quantum channels, enlightens its relation with Graph Theory, and shows the situations where this capacity has single-letter characterization. Regarding the second contribution, there is the proposal of a quantum information measurement which quantifies the error-free decoding ability of a quantum source. Obtaining such measurement is a problem equivalent to the one of determining the zero-erro capacity of an equivalent classical channel and for which there is no counterpart in Classical Zero-Error Information Theory. The concepts proposed collaborate to Quantum Zero-Error Information Theory in theoretical and practical ways, since it is possible to implement both of them using current technology. Moreover, intersections with Cryptography, Graph Theory and Computer Science were identified. These concepts contribute straightforwardly to the resolution of a challenge of Quantum Information Theory which is the determination of the limits for the tasks of information processing that can be accomplished considering the use of Quantum Mechanics.