El argumento fundamental de esta tesis es el estudio de la solvatación iónica por medio de cálculos con ordenador. Tres lineas de investigación han sido seguidas:(i) Solvatación y mobilidad ionica. Las características principales del processo de intercambio entre la primera y la segunda capa de hidratación iónica para Li+ en agua se ha encontrado ser independiente del estado termodinamico en gran medida. Ha sido demostrado que el desplazamiento cuadrático medio de moléculas pertenecientes a complejos inertes está caracterizado por un largo transitorio debido a la lenta relajación rotacional del complejo. El incremento del coeficiente de difusión iónico debido a los intecambios en la capa de solvatación ha sido calculado por primera vez en el caso de Li+ y Na+. Finalmente, se han derivado leyes de probabilidad que ponen en relación la estereoquímica y la velocidad iónica instantanea.(ii) Plastificantes. Se propone un nuevo procedimiento para el desarrollo de campos de fuerza intramoleculares, que funciona satisfactoriamente en el caso de dos moleculas de interés en las Batterias a Iones de Litio: carbonato de etileno y -butirolactona. Respecto a la solvatación de Li+ en los dos solventes, el ión está coordenado por 4 moleculas a través del oxigeno del carbonilo con pequeñas distorsiones de la geometría molecular. La nueva asignación de los modos vibracionales hecha para las dos moléculas ha permitido calcular los cambios inducidos por el ión litio, explicando varias caracteristicas de los espectros esperimentales.(iii) Polarización. Se ha estudiado la eficacia de los metodos de polarización más comunes para simulaciones de Dinámica Molecular en dímeros ión-molécula, usando calculos ab initio como referencia. En lugar de centrarnos en la superficie de energía potencial completa (procedimiento típico), se ha considerado solo la parte electrostática. Se han desarrollado nuevos modelos polarizables para agua y tetracloruro de carbono, que reproducen el comportamiento de sistemas carga-molécula. Ha sido encontrado que, en el caso de dímeros ión-molécula, se requiere una corrección de amortiguamento de la polarización a cortas distancias. El método de los dipolos puntuales junto al método de amortiguamento de Thole reproduce satisfactoriamente las características principales para cationes y aniones atómicos. / The underlying topic of this thesis is the study of ion solvation by means of computer calculations. Three lines of investigation have been followed:(i) Solvation and Ionic Mobility. The main features of the exchange process between first and second ionic hydration shells for Li+ in water have been found to be largely independent of the thermodynamic state. It has been shown that the mean square displacement of molecules belonging to inert complexes is characterized by a long transient due to the slow rotational relaxation of the complex. The increase of the ionic diffusion coefficient due to solvation shell exchanges has been computed for the first time in the case of Li+ and Na+. Finally, probability laws have been derived which relate the stereochemistry and the instantaneous ionic velocity.(ii) Plasticizers. A new approach for the development of intramolecular force fields is proposed, which performs satisfactorily in the case of two molecules of interest for Lithium Ion Batteries: ethylene carbonate and -butyrolactone. Concerning the solvation of Li+ in both solvents, it is coordinated by 4 molecules through the carbonyl oxygen with slight distorsions of the molecular geometry. The new vibrational mode assignment performed for both molecules has allowed to compute the vibrational shifts induced by the lithium ion, explaining a number of features present in the experimental spectra.(iii) Polarization. The performance of the most commonly used polarization methods for Molecular Dynamics simulation is studied for ion-molecule dimers, using ab initio calculations as benchmark. Instead of focusing on the full potential energy surface (the standard approach), only the electrostatic part is considered. New polarizable models have been developed for water and carbon tetrachloride, which reproduce the behaviour of charge-molecule systems. In the case of ion-molecule dimers it has been found that a polarization damping correction is required at short distances. The point dipole method in conjunction with the Thole damping scheme reproduces rather satisfactorily the main features both for atomic cations and anions.

Esta tesis está enfocada a la obtención de las propiedades de scattering de una distribución de partículas no esféricas y a su aplicación a las observaciones astronómicas, en longitudes de onda del dominio visible, del polvo cometario, principalmente, y, de una manera más cualitativa, a las medidas de laboratorio de la matriz de scattering por una distribución de partículas minerales de análogos cometarios. En ella se hace un estudio sistemático de partículas tanto regulares como irregulares y de las propiedades de scatterring de conjunto que exhiben al considerar una distribución de tamaños y de formas. Se han considerado dos composiciones para las partículas, una de hielo sucio y silicato con inclusiones de carbono, y otra de carbono silicato. Existe un cierto consenso dentro de la comunidad astrofísica para establecer que el grano cometario tiene una estructura porosa, formando agregados de un cierto número de monómeros. Sin embargo, los experimentos de laboratorio han mostrado que las partículas minerales compactas con composición análoga a la de las partículas cometarias exhiben propiedades similares, por lo que la irregularidad y compacidad han sido dos de los parámetros fundamentales en el estudio. Los resultados han permitido llegar a determinadas conclusiones relacionadas con la taxonomía cometaria, la interpretación de algunos de los elementos de la matriz de scattering y las tendencias que ocurren al modificar alguno de los parámetos que intervienen en el proceso de scattering. Ha sido posible reproducir las medidas de dispersión tanto con partículas compactas como porosas, por lo que no es posible favorecer ninguna de esas dos situaciones. / Vilaplana Cerda, RI. (2004). Propiedades de dispersión de luz por partículas irregulares: una aplicación al estudio de las partículas cometarias [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1837 / Palancia

El grupo de óptica cuántica de la Sección Física desarrolla temas de investigación teórica y experimental, entre los cuales ocupa un lugar muy importante el tema de fases geométricas. Las propiedades de estas fases, en particular su robustez frente a mecanismos de “decoherencia”, son actualmente objeto de una muy activa investigación en diversos centros. Para ello se utiliza técnicas diversas, como la manipulación del espín neutrónico, o de los estados de polarización de la luz, arreglos superconductores, etc. En nuestro laboratorio se ha implementado una serie de arreglos ópticos, basados en métodos interferométricos y polarimétricos. Con ellos se logra manipular los estados de polarización de la luz, sea esta clásica o cuántica. Para ello se debe poder controlar con suficiente precisión una serie de elementos ópticos, en particular placas retardadoras con las que se modifica el estado de polarización. La fase geométrica depende de varios parámetros, los cuales se logra controlar mediante la orientación de las placas retardadoras. Esta orientación debe variarse continuamente de acuerdo al diseño experimental, y para cada nueva posición debe hacerse un registro de datos (intensidad en el caso de luz clásica, o número de cuentas en el caso de fotones individuales). El posicionamiento y ajuste de los elementos ópticos puede hacerse manualmente; pero esto conlleva dos desventajas: de un lado la precisión limitada (a ±2°) y, de otro lado, la laboriosidad en la toma de datos. El tiempo que demanda esto último puede constituirse en un importante factor limitante para la realización de ciertos arreglos y experimentos. Por ello, resulta esencial contar con un sistema de automatización, mediante el cual pueda lograrse alta precisión en la orientación de los elementos ópticos, a la vez que se acelera el proceso de la toma de datos. Una vez lograda esta automatización, la misma puede aplicarse a una gran diversidad de arreglos, no solo en relación a la fase geométrica, sino también en relación a otros temas, tales como tests fundamentales de la mecánica cuántica, los cuales son asimismo de nuestro interés. El objetivo del presente trabajo de tesis es la implementación de un sistema de control de elementos ópticos mediante motores de paso. El sistema debe ser aplicable a arreglos que consten de varias placas retardadoras, polarizadores, etc., los cuales deben poder ser rotados hasta tener una orientación prescrita, la misma que puede ir variando paulatinamente.

Esta tesis surge de una reflexión sobre el panorama político español, la corrupción y la cuestión de género. En una sociedad en la que aún pesa el machismo y los estereotipos de género cabe preguntarse si de algún modo se exige a la mujer ser “menos corrupta” en los cargos políticos que ocupa. Por ello surgen interrogantes sobre si esos estereotipos benefician o perjudican a las mujeres para el acceso a la política, si son castigadas en mayor medida cuando no cumplen dichas expectativas, o si quizás la polarización política afectiva en España supera una potencial polarización por género en la valoración de los políticos. Con esta tesis se pretender aunar esfuerzos con otros investigadores para aportar una perspectiva de género al análisis de la percepción de la corrupción política, de manera que pueda detectarse si existe o no una mayor tolerancia de determinados comportamientos según el sexo del actor político, así como crear un instrumento de medida que sirva para el estudio de esta perspectiva en el análisis de la corrupción política. Por ello se ha planteado realizar una investigación ex post facto, transversal, descriptiva y relacional con el uso de técnicas cuantitativas, a través de una encuesta aplicada a un panel online, y con el objetivo de analizar la percepción de la población respecto a los hombres y mujeres con cargos políticos que presentan un comportamiento reprobable y/o corrupto, para determinar si existen estereotipos de género sobre la corrupción que generen mayores preferencias por las mujeres, y que a su vez supondrían un mayor nivel de exigencia en su comportamiento y un mayor nivel de castigo ante cualquier desviación del estereotipo. Se ha diseñado un cuestionario adaptado y/o inspirado en fuentes secundarias relevantes, cuya validez de contenido ha sido validado mediante un juicio de expertos, y cuya fiabilidad y validez de constructo se ha comprobado tras la realización de dos pretests. Dicho instrumento ha sido aplicado a una muestra de 400 casos, con un nivel de error del 5% (95% NC y p=q=0.5 en m.a.s.), con un muestreo por cuotas de edad y sexo proporcional a la población nacional. Los principales resultados muestran que en una parte de la ciudadanía aún persisten los estereotipos de género hacia las mujeres en la política, y que en función de ellos presentan una clara preferencia por ellas como candidatas al gobierno del país, fundamentado en valores y creencias asignadas a las mujeres como mayor capacidad de organización, empatía, escucha y eficacia, capacidad de negociación y pragmatismo, así como también que son menos corruptas y más honestas. No obstante, no se ha podido demostrar que la sociedad castiga en mayor medida a las mujeres cuando estas no cumplen las expectativas de los estereotipos indicados, y presentan comportamientos poco éticos o corruptos. Por el contrario, sí se ha podido demostrar que la alta polarización política afectiva en España, y en función de ello la variable independiente de posicionamiento ideológico, es lo que afecta en mayor medida a la valoración de los comportamientos reprobables de los políticos sin tener en cuenta su género, de manera que se ha observado como el castigo hacia dichos comportamientos se realizaba en función de filias y fobias ideológicas, superando una posible polarización por género.

Dentro de los diversos temas que investiga el grupo de óptica cuántica de la PUCP, se encuentra el estudio teórico y experimental de fases geométricas. La fase geométrica es estudiada a través de los métodos interferométrico y polarimétrico que dependen de la disposición de los componentes ópticos (placas retardadoras, polarizadores, etc.) según el arreglo experimental. Con estos componentes ópticos se logran manipular los estados de polarización de la luz. Para ello es de suma importancia controlar de manera precisa la ubicación angular de estos componentes ópticos. Esta posición angular debe ser variada continuamente, dependiendo del arreglo experimental que se esté usando, y se deben de registrar los datos de la intensidad del haz del láser. Actualmente, estas posiciones angulares de las placas retardadoras, polarizadores, etc., son fijadas manualmente, lo cual genera dos problemas serios: si el arreglo consta de muchas placas retardadoras, entonces las mediciones toman mucho tiempo en ser realizadas; de otro lado, a los errores propios de los instrumentos se agregan fuentes de error experimental. Por estos motivos es que para el laboratorio de Óptica Cuántica resulta esencial tener un sistema automatizado el cual garantice que las tomas de mediciones sean más rápidas, la ubicación angular de los componentes ópticos sea precisa y que no se agreguen más fuentes de error. Una vez lograda esta automatización, realizada en LabVIEW, puede ser aplicada a diversos arreglos ópticos como por ejemplo en la calibración de placas retardadoras y de polarizadores. El objetivo principal de esta tesis es la realización de un programa en donde todo el sistema de medición de fases geométricas esté automatizado, desde el movimiento de los motores rotatorios, el registro de la posición angular en la que se posiciona y hasta la medición de la intensidad del láser.

This work contains a series of contributions that are related, in one form or another, with the placement of the quantum-classical boundary. Three results that have been widely taken as characteristic traits of quantum phenomena are here shown to appear in purely classical contexts as well. These are: Born’s rule, Bell violations and Bohr’s complementarity. This work discusses how Born’s rule may be derived from some basic assumptions that relate to measurements in general, thereby showing that said rule applies when dealing with both classical and quantum cases. Bell violations are ultimately based upon Born’s rule. Therefore, the applicability of the latter in a classical context leads to Bell violations in this very same context. We can therefore predict non-quantum Bell violations. Moreover, we report experimental results confirming these violations. Finally, we address Bohr’s complementarity in a quantitative way and derive an equation that links visibility and distinguishability – two complementary features of an interferometric array – with polarization, which can be seen as an “internal” degree of freedom. / Este trabajo contiene una serie de contribuciones que están relacionadas, de una forma u otra, con la ubicación de la frontera clásico-cuántica. Se muestra en él cómo aparecen también en contextos puramente clásicos tres resultados que han sido ampliamente aceptados como característicos de los fenómenos cuánticos. Estos resultados son: la regla de Born, las violaciones de Bell y la complementariedad de Bohr. El presente trabajo discute cómo se puede derivar la regla de Born a partir de suposiciones básicas que están relacionadas a las mediciones en general, mostrando así que dicha regla es aplicable a los casos clásico y cuántico. Las violaciones de Bell tienen por base la regla de Born. Por ello, la aplicabilidad de esta última en el contexto clásico lleva a violaciones de Bell en ese mismo contexto. Podemos así predecir violaciones de Bell no cuánticas. También se incluye resultados experimentales que confirman las citadas violaciones. Finalmente, se aborda la complementariedad de Bohr en forma cuantitativa y se deriva una ecuación que vincula visibilidad y distinguibilidad – dos aspectos complementarios de un arreglo interferométrico – con polarización, la cual puede ser vista como un grado de libertad “interno”.

Este trabajo contiene dos contribuciones al campo de la teoría cuántica. La primera viene por doble partida: un protocolo óptico para producir y realizar tomografía de estados puros, arbitrarios, de dos qubits codificados en grados de libertad de camino y polarización; y un protocolo generalizado para hacer tomografía de estados mixtos del mismo tipo. Se reporta una realización con luz láser del primer esquema, la cual sirve como prueba de concepto. La segunda contribución es un modelo dentro del paradigma de von Neumann para las mediciones. Su utilidad yace en que permite estudiar el efecto de la fuerza del acoplamiento entre sistema y puntero sobre la incertidumbre estadística y los errores sistemáticos que resultan de medir valores débiles cuánticos y estados puros. Esta propuesta –cuya implementación con luz láser o con fotones individuales es también explicada– fue demostrada usando sistemas de computación cuántica provistos por IBM. Los resultados obtenidos mediante mediciones con distintos grados de fuerza disipan la idea de que las mediciones fuertes siempre dan mejores resultados que sus contrapartes débiles. Quizá más importante todavía, esta realización experimental aporta evidencia de que es posible maximizar la precisión y exactitud de los parámetros medidos si se elige adecuadamente el acoplamiento de la medición. / This work consists of two contributions to the broader field of quantum theory. The first contribution is twofold: an all-optical protocol for producing and measuring arbitrary, pure, two-qubit states that are encoded in path and polarization degrees of freedom; and a generalized protocol for characterizing mixed states of the same kind. A laser light realization of the former scheme is reported, which serves as a proof of principle. The second contribution concerns a model within the von Neumann measurement paradigm. Its usefulness lies in that it enables the study of what effects system-pointer coupling strength has on the statistical uncertainty and systematic errors arising from the measurement of quantum weak values and pure states. This proposal–whose implementation with laser light or individual photons is also explained–was demonstrated in IBM’s quantum computing systems. The results obtained in a range of measurement strengths dispel the notion that strong measurements always perform better than their weaker counterparts. Perhaps more importantly, this experimental realization provides evidence that it is possible to maximize the precision and accuracy of the measured parameters with a properly chosen coupling.

Entanglement and polarization are mutually constrained by the relationship C2 + P2 = 1, which engages concurrence (C) of a pure, two-qubit state and the degree of polarization (P) of either of its two subsystems. How the above constraint generalizes for mixed states, is an open question. We address mixed, two-qubit states of the X type, i.e., those whose density matrix has nonzero elements only in the two main diagonals. We focus on mixed states that arise out of a pure, two-qubit state that is subjected to either the amplitude damping channel or the depolarizing channel. We derive alternative constraints for concurrence and polarization and test them experimentally with polarization-entangled photons. We argue that our theoretical results hold also for classical light, whenever two binary degrees of freedom can be entangled. / El entrelazamiento y la polarización son dos cantidades que se restringen mutuamente por la relación C2 + P2 = 1, donde participa la concurrencia (C) de un estado puro bipartito y el grado de polarización (P) de cualquiera de los dos subsistemas. Cómo esta relación de complementariedad se generaliza para el caso de estados mixtos es una pregunta abierta. Nosotros abordamos el caso de estados mixtos bipartitos de tipo X, aquellos con solo entradas no nulas en sus dos diagonales principales. Nos centramos en estados mixtos que resultan de estados puros bipartitos sujetos a la evolución de dos tipos de canales de decoherencia: Amplitude damping channel y depolarizing channel. Se obtienen relaciones de complementariedad alternas para la concurrencia y el grado de polarización, las cuales se comprueban experimentalmente con fotones entrelazados en polarización. Consideramos que nuestros resultados teóricos también son válidos para luz clásica en el caso dos grados de libertad binarios se puedan entrelazar.

Debido a la generalidad de su formulación, las fases geométricas han sido objeto de constantes investigaciones en áreas muy diversas y han llevado a muchos desarrollos, tanto en aplicaciones como en trabajo teórico. Esta tesis se incluye dentro de las investigaciones experimentales y se enfoca en las fases geométricas que aparecen al manipular el grado de libertad de polarización. Se divide en dos partes. La primera se centra en los aspectos teóricos esenciales que definen y relacionan los estados mixtos de polarización con la luz láser parcialmente polarizada, y en las propiedades de las fases geométricas que aparecen en los primeros. La segunda parte presenta dos arreglos experimentales, uno que genera estados polarización y uno que permite medir la fase geométrica adquirida por dichos estados después de alguna evolución unitaria. El primero otorga un control casi arbitrario del estado de polarización de la luz láser que deja el arreglo y, con una ligera modificación, puede utilizarse en fotones individuales con casi idéntica efectividad. El segundo utiliza al primero para generar estados mixtos de polarización y luego los somete a distintas evoluciones. Las fases geométricas adquiridas son entonces determinadas mediante su relación con las fases de Pancharatnam correspondientes, que son cantidades directamente observables. Si bien hubo casos en los que la fase no se pudo determinar debido a su sensibilidad a errores experimentales, en aquellas mediciones en las que se pudo obtener un valor experimental este se ajustó muy bien a la predicción teórica.

Esta tesis aborda las interacciones no colineales de los modos Laguerre-Gaussianos. Estas interacciones se utilizan para lograr la transferencia del momento angular orbital (OAM) en la mezcla de ondas no lineales. Esto se hace mediante conmutación controlada por polarización. Ajustando la geometría de los haces de entrada, es posible producir una salida OAM de tres canales con cargas topológicas arbitrarias que se generan simultáneamente y se resuelven espacialmente en la longitud de onda del segundo armónico. El uso de grados de libertad de trayectoria y polarización permite una conmutación óptica casi perfecta entre las diferentes operaciones OAM. Se propone un modelo teórico que muestra un muy buena concordancia con los experimentos.