BRITO, D. B. Sistemas de comunicação quântica com óptica linear. 2007. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-04T13:44:07Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_dbbrito.pdf: 953887 bytes, checksum: 307a30fee439822009f641e70419712c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-05T18:41:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_dbbrito.pdf: 953887 bytes, checksum: 307a30fee439822009f641e70419712c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-05T18:41:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_dbbrito.pdf: 953887 bytes, checksum: 307a30fee439822009f641e70419712c (MD5) Previous issue date: 2007-02-06 / In this dissertation it is considered a quantum error correction system for coherent states of light and a complete optical system for probabilistic teleportation of single-photon polarization encoded qubit. Initially, the quantum error correction with the use of redundancy is analyzed. After that, it is presented a form of error correction using time-bin qubit without redundancies. Based on this last approach, a passive quantum error correction system, that is, without external control and synchronization, for quantum communication system employing coherent states, using only linear optical devices, is proposed. It is shown that the quantum error correction system also works for bipartite states of qubits. Following, the teleportation of quantum states is analyzed and an optical system for probabilistic teleportation of single-photon polarization encoded qubit, using only linear optical devices, is proposed. Finally, the error correction and teleportation topics are put together in the proposal of a probabilistic teleportation system using an error correction system for distribution of the entangled pair of photons / Nesta dissertação e proposto um sistema de correção de erro quântico para estados coerentes de luz e um sistema óptico completo para a teleportação probabilística de qubits codificados na polarização de um fóton. O trabalho se inicia com a analise de correção de erro quântico com a utilização de redundâncias. Depois, e apresentada uma forma de correção de erros utilizando qubits do tipo time-bin e sem acréscimo de redundâncias. Com base nesta abordagem, foi proposto um sistema de correção de erro quântico passivo, isto e, que nao precisa de controle externo de sincronização, para sistemas de comunicações quânticas que utilizam estados coerentes de luz, utilizando apenas dispositivos opticos lineares. E mostrado, também, que o sistema de correção de qubits individuais pode ser usado para corrigirem estados bipartes de qubits. Em seguida, e analisada a teleportação de estados quânticos e proposto um sistema probabilístico de teleportacao de estados quânticos de polarização de fótons isolados utilizando dispositivos ópticos lineares. Por fim, os tópicos de correção de erro e teleportacao são unidos na proposição de um sistema probabilístico de teleportacao empregando um sistema de correção de erros na distribuição do par de fótons entrelaçados.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-09-05T19:52:53Z No. of bitstreams: 2 Bastos, Wellison Peixoto - 2011.pdf: 686060 bytes, checksum: ca3480442dd033c3262ee9c2c3216240 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-05T19:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Bastos, Wellison Peixoto - 2011.pdf: 686060 bytes, checksum: ca3480442dd033c3262ee9c2c3216240 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2011-03-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Taking advantage of the Faraday rotations that occur in a photonic cristal placed in an optical cavity with low quality factor, we proposed two schemes to obtain the swapping of entanglement of atomic states, useful in quantum communication and quantum computation. They employ three-level atoms in a -configuration, a linearly polarized photon source, a single detector, and a quarter wave plate. Three (four) cavities are used in the first (second) scheme. An additional scheme was also proposed to obtain controlled teleportation of superposition states, partial controlled teleportation of entangled states and controlled teleportation of entanglement. In all schemes we have included the imperfections that affect the system, such as transmission and coupling of photons in optical components, the fraction of photons with a desired polarization, the quantum efficiency of single photon detection, the effective solid angle where the photon are collected, and the rate of emitted photons by the source. Under these realistic conditions we estimate the success probability of each proccess, including the time spent for its realization. / Aproveitando as rotações de Faraday que ocorrem em um cristal fotônico colocado em uma cavidade óptica com baixo fator de qualidade, propusemos dois esquemas para obter a troca de emaranhamento de estados atômicos, útil em comunicação quântica e computação quântica. Eles empregam átomos de três níveis em uma configuração, uma fonte de fótons com polarização linear, um único detector, e uma placa de quarto de onda. Três (quatro) cavidades são usadas no primeiro (segundo) esquema. Um método adicional foi também proposto para obter teletransporte controlado de estados de superposição, teletransporte parcial controlado de estados emaranhados e teletransporte controlado de estados emaranhados. Em todos os esquemas incluímos as imperfeições que afetam o sistema, tais como a transmissão e acoplamento de fótons em componentes ópticos, a fração de fótons com uma polarização desejada, a eficiência quântica da detecção de um único fóton, o ângulo sólido efetivo em que o fótons são coletados e a taxa de fótons emitidos pela fonte. Sob estas condições realistas, estimamos a probabilidade de sucesso de cada processo, incluindo o tempo gasto para sua realização.

Orientador: Jose Antonio Roversi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:03:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yabu-uti_BrunoFerreiradeCamargo_D.pdf: 3039693 bytes, checksum: f0b083dd372cff54e492778d15824a5b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Na presente tese estudamos o processamento de informação quântica no sistema de átomos e cavidades acopladas. Em particular, a comunicação quântica estabelecida entre átomos remotos e a implementação de portas lógicas no sistema de cavidades acopladas. Iniciamos apresentando o sistema de cavidades acopladas, o Hamiltoniano que governa sua evolução, algumas promissoras implementações experimentais e a transferência de um estado de campo arbitrário de um fóton ao longo da cadeia. Incluindo um sistema massivo, propomos um novo protocolo para uma transferência perfeita, determinística e flexível de estados quânticos entre átomos remotos interagindo sucessivamente com o sistema de cavidades acopladas (atuando como quantum bus). Mesmo levando em conta efeitos dissipativos e erros de procedimento obtivemos uma alta fidelidade máxima de transmissão. Por fim, apresentamos uma proposta alternativa para a implementação de um porta R(rotação)- controlada de dois qubits. A proposta está baseada em operações de um qubit e fase geométrica não-convencional em átomos de três níveis idênticos fortemente bombeados por um campo clássico ressonante em cavidades ópticas distantes conectadas por uma fibra óptica. Nossa proposta resulta em um tempo operacional constante e, com um acoplamento qubit-bus ajustável (atomoressonador), pode-se especificar uma rotação R particular no qubit alvo / Abstract: In this thesis we study the quantum information processing in the system of atom-coupled cavity. In particular, the quantum communication between remote atoms and the implementation of logic gates in the coupled cavities system. We begin by presenting the system of coupled cavities, the Hamiltonian that governs its evolution, some promising experimental implementations and the transfer of an arbitrary one photon field state along the array. Including a massive system, we propose a new protocol for a perfect, deterministic and flexible quantum state transfer between remote atoms interacting successively with the system of coupled cavities (which act as a quantum bus). Even taking into account dissipative effects and error procedure we obtained a maximum high-fidelity transmission. We also present an alternative proposal for the implementation of a controlled-R gate of two qubits. The proposal is based on single qubit operations and unconventional geometric phases on two identical three-level atoms, strongly driven by a resonant classical field, trapped in distant cavities connected by an optical fiber. Our scheme results in a constant gating time and, with an adjustable qubit-bus coupling (atom-resonator), one can specify a particular rotation R on the target qubit / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The prospect of simulating many-body quantum phenomena in coupled high-quality optical cavities has attracted a lot of interest over the past few years. The major advantages are twofold. First, this approach allows a high degree of control and addressability of individual sites and, second, the composite nature of particles, now involving mixed atomic and photonic excitations, namely polaritons, paves the way to the realization of novel strongly correlated regimes of light and matter. Despite being promising quantum simulators, cavity networks are also suited platforms for distributed quantum information processing and quantum communication. This thesis comprises two studies on coupled-cavity systems described by the Jaynes-Cummings-Hubbard model. Particularly, here we introduce protocols for quantum-state transfer and control in two different structures. The first study deals with a one-dimensional coupled-cavity array where each cavity interacts with a single atom. For a staggered pattern of inter-cavity couplings, a pair of field normal modes, each bi-localized at the array ends, arises. A rich structure of dynamical regimes can hence be addressed depending on which resonance condition between the atom and field modes is set. We show that this can be harnessed to carry out high-fidelity quantum-state transfer of photonic, atomic or polaritonic states. Moreover, by partitioning the array into coupled modules of smaller length, the QST time can be substantially shortened without significantly affecting the fidelity. Further, we explore the dynamics of photonic and atomic excitations on an Apollonian network under different atom-photon interaction regimes. We show that the normal-mode spectrum spanned by this kind of network induces a non-trivial propagation dynamics depending on connection degree among nodes, thereby being useful for connecting different quantum-network users. Our results are driven towards communication protocols in quantum networks comprised of light-matter interfaces, thus paving the way for large-scale quantum information processing. / A perspectiva de simular fenômenos quânticos de sistemas de muitos corpos em cavidades ópticas acopladas tem atraído bastante interesse nos últimos anos. O alto grau de controle experimental e a natureza híbrida das partículas envolvidas, denominada poláritons, fornecem uma nova direção no estudo de sistemas fortemente correlacionados envolvendo interação entre luz e matéria. Além disso, redes de cavidades são plataformas promissoras para processamento de informação quântica em redes quânticas. Esta tese é constituída por dois estudos em redes de cavidades acopladas descritas pelo modelo Jaynes-Cummings-Hubbard. Em particular, desenvolvemos protocolos de transferência e controle de estados quânticos em duas estruturas distintas. No primeiro estudo, consideramos uma cadeia unidimensional de cavidades com um padrão alternado de acoplamento entre as cavidades, cada uma interagindo com um átomo. Neste cenário, um par de modos normais do campo eletromagnético torna-se fortemente localizado nas extremidades da cadeia. Dessa forma, uma vasta estrutura de regimes dinâmicos pode ser manipulada dependendo da ressonância entre os modos normais atômicos e do campo. Mostramos como isso pode ser utilizado para realizar protocolos de transferência de estado quântico envolvendo estados fotônicos, atômicos ou híbridos, com alta fidelidade. Também discutimos como reduzir o tempo de transmissão de estados, sem comprometer sua eficiência, particionando a cadeia em módulos. Em seguida, exploramos a dinâmica de excitações atômicas e fotônicas em uma rede complexa de Apolônio considerando diversos regimes de interação. Mostramos que o espectro de modos normais induzido por este tipo de rede também oferece diversas alternativas no controle da dinâmica do sistema. Além disso, a natureza complexa da rede de Apolônio induz uma dinâmica de propagação não-trivial que depende do grau de conexão entre os sítios, podendo ser assim aplicada para conectar diferentes usuários de uma rede quântica. Nossos resultados contribuem para o desenvolvimento de protocolos de comunicação em redes quânticas utilizando dispositivos de interface luz-matéria, abrindo assim caminho para o processamento de informação quântica em larga escala.