A universal, scalable quantum computer will require the use of quantum error correction in order to achieve fault tolerance. The assessment and comparison of error-correcting strategies is performed by classical simulation. However, due to the prohibitive exponential scaling of general quantum circuits, simulations are restrained to specific subsets of quantum operations. This creates a gap between accuracy and efficiency which is particularly problematic when modeling noise, because most realistic noise models are not efficiently simulable on a classical computer. We have introduced extensions to the Pauli channel, the traditional error channel employed to model noise in simulations of quantum circuits. These expanded error channels are still computationally tractable to simulate, but result in more accurate approximations to realistic error channels at the single qubit level. Using the Steane [[7,1,3]] code, we have also investigated the behavior of these expanded channels at the logical error-corrected level. We have found that it depends strongly on whether the error is incoherent or coherent. In general, the Pauli channel will be an excellent approximation to incoherent channels, but an unsatisfactory one for coherent channels, especially because it severely underestimates the magnitude of the error. Finally, we also studied the honesty and accuracy of the expanded channels at the logical level. Our results suggest that these measures can be employed to generate lower and upper bounds to a quantum code's threshold under the influence of a specific error channel.

L'opérateur de Pauli décrit l'énergie d'un électron soumis à un champ magnétique et à un potentiel électrique externe. La présence d'un champ magnétique induit naturellement l'existence d'une quantité: le courant. D'une manière formelle, cette quantité peut être considérer comme étant la dérivée de l'énergie par rapport au potentiel magnétique. Dans cette thèse, nous établissons une asymptotique du courant en présence d'un champ magnétique variable de grande intensité. Dans ce calcul nous utilisons une identité de commutateur qui nous conduits à l'estimation de la somme des valeurs propres négatives d'un opérateur de Pauli modifié. La technique utilisée s'appuie sur la construction des états cohérents (pour approcher les fonctions propres) et des inégalités de Lieb-Thirring pour contrôler les termes d'erreurs.

Approved for public release, distribution is unlimited / Radar polarimetry is a recent development seeing active research only in the last few decades. The phenomenon that optimal (maximal power) reflected fields exist in both the co-polarized and cross polarized channels of the receiving radar antenna was first introduced by Kennaugh and Huynen. Current research efforts focus on target scattering matrices and relating them to physical attributes of the target. This thesis provides a comprehensive survey of the polarimetry theories that have been put forth by various researchers to characterize, manipulate and optimize target radar returns via polarization states. One such theory is the Target Decomposition (TD) theorem that seeks to decompose the target returns into individual scattering mechanisms. The topic of optimization of polarization states of the incident field for maximizing power return is also examined. Two models are implemented in Matlab to verify and demonstrate these polarimetry theories. The first model uses TD theorems to simulate foliage clutter and study its effect on the polarization of the incident electric field. A (simulated) static dihedral target is introduced and its effect on wave polarization is also simulated. The second model studies optimization of polarization states. Both models are able to produce the expected results for known canonical targets. / Civilian, Republic of Singapore

Pour d non puissance d'un nombre premier, le nombre maximal de bases deux à deux décorrélées d'un espace de Hilbert de dimension d n'est pas encore connu. Dans ce mémoire, nous commençons par donner une construction de bases décorrélées en lien avec une famille de représentations irréductibles de l'algèbre de Lie su(2) et faisant appel aux sommes de Gauss.Puis nous étudions de façon systématique la possibilité de construire de telle bases au moyen des opérateurs de Pauli. 1) L'étude de la droite projective sur Zdm montre que, pour obtenir des ensembles maximaux de bases décorrélées à l'aide d'opérateurs de Pauli, il est nécessaire de considérer des produits tensoriels de ces opérateurs. 2) Les sous-modules lagrangiens de Zd2n, dont nous donnons une classification complète, rendent compte des ensembles maximalement commutant d'opérateurs de Pauli. Cette classification permet de savoir lesquels de ces ensembles sont susceptibles de donner des bases décorrélées : ils correspondent aux demi-modules lagrangiens, qui s'interprètent encore comme les points isotropes de la droite projective (P(Mat(n, Zd)²),ω). Nous explicitons alors un isomorphisme entre les bases décorrélées ainsi obtenues et les demi-modules lagrangiens distants, ce qui précise aussi la correspondance entre sommes de Gauss et bases décorrélées. 3) Des corollaires sur le groupe de Clifford et l'espace des phases discret sont alors développés.Enfin, nous présentons quelques outils inspirés de l'étude précédente. Nous traitons ainsi du rapport anharmonique sur la sphère de Bloch, de géométrie projective en dimension supérieure, des opérateurs de Pauli continus et nous comparons l'entropie de von Neumann à une mesure de l'intrication par calcul d'un déterminant.

Nous considérons un ion hydrogénoïde (un noyau et un électron) en interaction avec le champ électromagnétique quantifié dans le modèle mathématique standard de l'électrodynamique quantique non relativiste. Plutôt que de supposer que le noyau est fixe, nous supposons seulement que le centre de masse de l'ion est confiné par un potentiel. Cette hypothèse est utilisée en physique théorique pour expliquer l'effet Lamb-Dicke. Dans un premier temps, à l'aide de conditions de liaison bien choisies, nous établissons l'existence d'un état fondamental pour l'opérateur Hamiltonien de Pauli-Fierz associé au modèle, sans condition sur la constante de couplage. Dans un second temps, en adaptant les techniques de V. Bach, J. Fröhlich et I. M. Sigal basées sur l'application d'un groupe de renormalisation, nous obtenons l'existence de résonances pour un modèle régularisé, en supposant cette fois-ci que la constante de couplage est suffisamment petite.

abstract: Chapter 1 introduces some key elements of important topics such as; quantum mechanics, representation theory of the Lorentz and Poincare groups, and a review of some basic rela- ´ tivistic wave equations that will play an important role in the work to follow. In Chapter 2, a complex covariant form of the classical Maxwell’s equations in a moving medium or at rest is introduced. In addition, a compact, Lorentz invariant, form of the energy-momentum tensor is derived. In chapter 3, the concept of photon helicity is critically analyzed and its connection with the Pauli-Lubanski vector from the viewpoint of the complex electromag- ´ netic field, E+ iH. To this end, a complex covariant form of Maxwell’s equations is used. Chapter 4 analyzes basic relativistic wave equations for the classical fields, such as Dirac’s equation, Weyl’s two-component equation for massless neutrinos and the Proca, Maxwell and Fierz-Pauli equations, from the viewpoint of the Pauli-Lubanski vector and the Casimir ´ operators of the Poincare group. A connection between the spin of a particle/field and ´ consistency of the corresponding overdetermined system is emphasized in the massless case. Chapter 5 focuses on the so-called generalized quantum harmonic oscillator, which is a Schrodinger equation with a time-varying quadratic Hamiltonian operator. The time ¨ evolution of exact wave functions of the generalized harmonic oscillators is determined in terms of the solutions of certain Ermakov and Riccati-type systems. In addition, it is shown that the classical Arnold transform is naturally connected with Ehrenfest’s theorem for generalized harmonic oscillators. In Chapter 6, as an example of the usefulness of the methods introduced in Chapter 5 a model for the quantization of an electromagnetic field in a variable media is analyzed. The concept of quantization of an electromagnetic field in factorizable media is discussed via the Caldirola-Kanai Hamiltonian. A single mode of radiation for this model is used to find time-dependent photon amplitudes in relation to Fock states. A multi-parameter family of the squeezed states, photon statistics, and the uncertainty relation, are explicitly given in terms of the Ermakov-type system. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Applied Mathematics 2016

Submitted by Pedro Henrique Fusco Nogueira null (pedrofusconogueira@gmail.com) on 2018-03-04T20:59:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Final.pdf: 530386 bytes, checksum: 67ed197e0d666d071b9b062d11c6ee5f (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-03-05T19:05:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nogueira_phf_me_guara.pdf: 530386 bytes, checksum: 67ed197e0d666d071b9b062d11c6ee5f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-05T19:05:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nogueira_phf_me_guara.pdf: 530386 bytes, checksum: 67ed197e0d666d071b9b062d11c6ee5f (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho buscamos encontrar a teoria mais geral para partículas massivas de spin-2 via tensor simétrico. Começamos expondo o caminho que seguiremos para calcular a amplitude de dois pontos saturada por fontes e obter o conteúdo físico de uma dada teoria livre. Como primeira tentativa partimos de uma teoria semelhante a teoria de Fierz-Pauli, mas com termo de massa generalizado. Após isto exploramos uma densidade lagrangiana mais geral, com no máximo duas derivadas. Em ambos os casos retornamos a teoria de Fierz-Pauli como a única viável. Em busca de maior generalidade, posteriormente, propomos uma densidade lagrangiana com coeficientes arbitrários e com potência arbitrária nas derivadas, relacionamos os coeficientes desta teoria com os coeficientes da densidade lagrangiana encontrada anteriormente na literatura via imersão de Euler das equações de Fierz Pauli, o propósito foi verificar se existe uma teoria mais geral que esta última. Por último, a fim de complementar o assunto tratado neste trabalho, verificaremos as consequências de uma dada simetria local no conteúdo físico de uma teoria, de spin-2 massiva. / In this project we seek to find the most general theory for massive particles of spin-2 through symmetric tensor. We begin by the path we will follow to calculate the amplitude of two points, saturated by sources, and obtain physical contente of a free theory. As first attempt, we started with a theory similar to the Fierz-Pauli’s theory, but with a generalized mass term. After this we explored a more general Lagrangian density, with two derivatives in the most. In both cases we return to the Fierz-Pauli’s theory as the only viable one. In search of a greater generality, we later propoused a Lafrangian density with arbitrary coefficients and arbitrary power in the derivatives. We related the coefficients of this theory with the Lagrangian density’s coefficients found previously in the literature through imersão de Euler of the Fierz-Pauli’s equations. The purpose was to verify if there is a more general theory than this last one. Finally, in order to complemente the subject discussed in this paper, we will verify the consequences of a certain local symmetry on the physical contente of a massive spin-2 theory

De nombreux noyaux atomiques et hypernoyaux se modélisent comme des structures à trois corps. C'est le cas, par exemple, de noyaux à halo, comme 6He, ou de noyaux stables, comme 12C et 9Be. <p>En effet, 6He se caractérise comme un système à trois corps, formé d'un coeur (une particule alpha) et de deux neutrons de valence faiblement liés. Le noyau de 12C peut s'étudier comme un système lié formé de trois particules alphas, tandis que 9Be peut être décrit comme la liaison de deux particules alphas et d'un neutron.<p><p>Dans les exemples précédents, les particules alphas sont des amas de nucléons. Elles possèdent donc une structure interne dont il faut tenir compte en raison du principe de Pauli.<p><p>Les modèles les plus réalistes pour décrire les structures à trois corps sont les modèles "microscopiques". Ces modèles prennent en compte explicitement tous les nucléons et respectent exactement le principe d'antisymétrisation de Pauli. Cependant, l'application de ces modèles est fortement limitée en pratique, car ils exigent de trop nombreux et trop longs calculs.<p>Par conséquent, pour simplifier considérablement les calculs et permettre l'étude des structures à trois corps, des modèles moins détaillés, de type "semi-microscopiques", sont également développés. Dans ces modèles, on représente les amas de nucléons comme de simples particules ponctuelles. Dans ce cas, la modélisation consiste à construire les potentiels effectifs entre les amas, puis à les employer dans les modèles à trois corps.<p><p>Dans ce travail, nous avons développé les modèles "semi-microscopiques à trois corps". Les potentiels effectifs entre amas sont directement déduits des forces entre nucléons (selon la RGM à 2 corps). Ces potentiels sont "non-locaux", et dépendent des énergies des amas qui interagissent. Ils permettent de simuler le principe de Pauli et les échanges de nucléons entre les amas. La dépendance en l'énergie se révèle être un inconvénient dans les modèles à trois corps. Les potentiels effectifs sont par conséquent transformés en de nouveaux potentiels (non-locaux) indépendants de l'énergie, bien adaptés aux modèles à trois corps. Les modèles "semi-microscopiques" sont beaucoup plus simples et plus rapides que les modèles "microscopiques". Ils fournissent les fonctions d'onde des états liés à trois corps des noyaux légers et hypernoyaux. Cela permet d'une part de comprendre les propriétés spectroscopiques nucléaires, et d'autre part, cela ouvre la voie pour de futurs modèles de réactions nucléaires impliquant les structures à trois corps.<p><p>/<p><p>Several atomic nuclei and hypernuclei can be modelled as three-body structures: e.g. two-neutron halo nuclei, such as 6He, and other nuclei, such as 12C and 9Be.<p>Indeed 6He can be represented as a three-body system, made up of a core (an alpha particle) and two weakly bound valence neutrons. The 12C nucleus can be studied as a bound system formed by three alpha particles, while the 9Be nucleus can be described as the binding of two alpha particles and one neutron.<p><p>In these typical examples, the alpha particles are clusters of nucleons. They have an internal structure that must be taken into account because of the Pauli principle.<p><p>The most realistic models are the "microscopic models". In these models, all the nucleons are taken into account, and the Pauli antisymmetrisation principle is fully respected. However, the application of the "microscopic models" is limited in practice, because they require too many laborious calculations.<p>Therefore, in order to greatly simplify the calculations, "semi-microscopic models" are developed. In those models, the clusters of nucleons are treated as ("structureless") pointlike particles. The models then consist in determining the effective potentials between the clusters, and in using them in three-body models.<p><p>In the present work, we have developed "semi-microscopic models". The effective potentials between the clusters are directly obtained from the interactions between nucleons (according to the two-cluster RGM). These potentials are "nonlocal", and depend on the energy of the interacting clusters. The non-locality is a direct consequence of the Pauli principle and the exchanges of nucleons between the clusters. The energy-dependence of the potentials turns out to be a drawback in three-body models. Therefore, the effective potentials are transformed into energy-independent potentials, which can be used in three-body models. The "semi-microscopic models" are much simpler and faster than the "microscopic models". They provide the three-body bound-state wave functions (i.e. the spectroscopic properties and the structure) of light nuclei and hypernuclei. Such wave functions are also the basic ingredient that will be used in future reactions models. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nous abordons trois sujets concernant la physique des atomes. Le premier sujet présente une nouvelle méthode d'analyse de spectres X des ions d'argon, de soufre et de chlore très chargés (2 à 4 électrons), dans le cadre d'une expérience située à l'Institut Paul Scherrer utilisant un spectromètre à cristal courbe. Elle s'appuie sur la reproduction de l'expérience à l'aide d'une simulation basée sur le tracé de rayons, ce qui permet de reproduire le lien entre spectres et énergies de transitions. Nous expliquons comment l'agencement géométrique des rayons X réfléchis par le cristal donne lieu au raies de transitions détectées. Nous présentons les caractéristiques du spectromètre. Nous expliquons la méthode d'analyse ; nous démontrons que la prise en compte de la répartition d'intensité de la source est essentielle et nous établissons la liste des paramètres critiques entrant en jeu. Enfin, nous établissons la liste des résultats et les comparons aux autres valeurs expérimentales et aux valeurs théoriques. Le second sujet présente la mise en place sur une source à plasma située à Jussieu au Laboratoire Kastler Brossel d'un spectromètre à deux cristaux plans dans le but d'obtenir des valeurs absolues pour les transitions ayant lieu dans des ions très chargés. Nous expliquons le principe fondamental, nous abordons la question de l'analyse des données, nous détaillons ensuite les caractéristiques techniques en présentant les étapes de l'élaboration de ce spectromètre et enfin nous présentons les premiers résultats. Le dernier sujet porte sur les calculs de QED des niveaux d'énergies de l'hydrogène pionique, qui est un atome exotique constitué d'un proton et d'un pion. Le pion est de masse et de taille comparable à celle du proton, et de spin nul. C'est également un hadron, c'est-à-dire une particule capable d'interagir avec le proton via l'interaction forte. Nous expliquons comment la détermination théorique de la contribution électromagnétique aux niveaux d'énergies, associée aux résultats expérimentaux obtenus à l'institut Paul Scherrer permet de déduire les valeurs des longueurs de diffusions hadroniques, pour lesquelles les prévisions théoriques issues de différents points de vues sont en désaccord. Nous présentons ensuite les calculs où les particularités du système entrent en jeu et enfin nous illustrons l'influence de nos résultats sur les valeurs des longueurs de diffusions.

Pour d non puissance d'un nombre premier, le nombre maximal de bases deux à deux décorrélées d'un espace de Hilbert de dimension d n'est pas encore connu. Dans ce mémoire, nous commençons par donner une construction de bases décorrélées en lien avec une famille de représentations irréductibles de l'algèbre de Lie su(2) et faisant appel aux sommes de Gauss.<br /> Puis nous étudions de façon systématique la possibilité de construire de telles bases au moyen des opérateurs de Pauli. 1) L'étude de la droite projective sur (Z_d)^m montre que, pour obtenir des ensembles maximaux de bases décorrélées à l'aide d'opérateurs de Pauli, il est nécessaire de considérer des produits tensoriels de ces opérateurs. 2) Les sous-modules lagrangiens de (Z_d)^2n, dont nous donnons une classification complète, rendent compte des ensembles maximalement commutant d'opérateurs de Pauli. Cette classification permet de savoir lesquels de ces ensembles sont susceptibles de donner des bases décorrélées : ils correspondent aux demi-modules lagrangiens, qui s'interprètent encore comme les points isotropes de la droite projective (P(Mat(n, Z_d)^2),ω). Nous explicitons alors un isomorphisme entre les bases décorrélées ainsi obtenues et les demi-modules lagrangiens distants, ce qui précise aussi la correspondance entre sommes de Gauss et bases décorrélées. 3) Des corollaires sur le groupe de Clifford et l'espace des phases discret sont alors développés.<br /> Enfin, nous présentons quelques outils inspirés de l'étude précédente. Nous traitons ainsi du rapport anharmonique sur la sphère de Bloch, de géométrie projective en dimension supérieure, des opérateurs de Pauli continus et nous comparons l'entropie de von Neumann à une mesure de l'intrication par calcul d'un déterminant.