Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-07T20:27:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Mureebe Carrijo - 2012.pdf: 1256435 bytes, checksum: 9e11cc08523726144554b4aac51c6949 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-10-10T15:51:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Mureebe Carrijo - 2012.pdf: 1256435 bytes, checksum: 9e11cc08523726144554b4aac51c6949 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T15:51:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Mureebe Carrijo - 2012.pdf: 1256435 bytes, checksum: 9e11cc08523726144554b4aac51c6949 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2012-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work has the goal to treat the concept of correlation on both classical and quantum, addressing what already exists about the matter and giving a new perspective about it. Beyond this, we propose a new manner to calculate the amount of information of a quantum system. For this, the EPR paradox, Bell theorem, entanglement concept, Shannon and von Neumann entropies, code theory and the quantum correlation measure so-called quantum discord will be discussed. From those subjects, two generalizations will be proposed: of the von Neumann entropy and the quantum correlation concept. Some features e properties will be discussed about these new definitions, however there is still much to be investigated about its implications. / Este trabalho tem por objetivo tratar o conceito de correlação, tanto clássica quanto quântica, abordando o que já existe sobre o assunto e fornecendo uma nova perspectiva sobre o tema e, além disso, propor uma nova maneira de calcular a quantidade de informação de um sistema quântico. Para isso, será discutido o paradoxo de EPR, o teorema de Bell, o conceito de emaranhamento, as entropias de Shannon e von Neumann, a teoria de códigos e a medida de correlação conhecida como discórdia quântica. A partir desses temas, será proposta duas generalizações: da entropia de von Neumann e do conceito de correlação quântica. Alguns aspectos e propriedades serão discutidos sobre essas novas definições, porém ainda há muito o que ser investigado sobre suas implicações.

Orientador: José Antonio Roversi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:06:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roque_ThalesFigueiredo_M.pdf: 4513526 bytes, checksum: 591f56a02e8cf1895d520faa78c27465 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho analisamos a dinâmica das correlações quânticas em um sistema composto por dois osciladores harmônicos em contato com um mesmo reservatório térmico e acoplados entre si com um acoplamento dependente do tempo. O reservatório térmico modelado de acordo com o modelo de Caldeira-Leggett e tanto a abordagem via integrais de caminho quanto a abordagem via equações mestras são usadas para estudar o sistema nos regimes Markoviano e não-Markoviano. O Hamiltoniano que descreve o sistema é bilinear nos operadores de campo, isto significa que se repararmos o sistema em um estado Gaussiano, o estado do sistema sera sempre Gaussiano. Para um estado Gaussiano toda a informa ¸ao sobre as correlações quânticas está contida na matriz de covariância s. Conhecida a matriz s podemos medir o emaranhamento usando a negatividade Logarítmica e calcular uma aproximação para a discórdia quântica em estados Gaussianos, que é a discórdia Gaussiana. Nós mostramos que mesmo à temperaturas muito altas as correlações quânticas, inclusive o emaranhamento, persistem. Esta persistência tem uma relação estreita com a estabilidade do sistema. Como as correlações quânticas são a principal assinatura da mecânica quântica, isto sugere que este tipo particular de acoplamento entre os osciladores pode reduzir a descoerência, introduzida pela interação com o reservatório térmico / Abstract: In this work we analise the dinamics of quantum correlations in a system composed by two harmonic oscillators in contact with a common heat bath and coupled with each other by a time dependent coupling. The heat bath is modeled according to the Caldeira-Leggett model and both the path integral and the master equation approaches are used to study the system in the Markovian and in the non-Markovian regime. The Hamiltonian that describes the system is bilinear in the field opperators, this means that if we prepare the system in a Gaussian state, it remains in a Gaussian state indefinitely. For a Gaussian state all the information about the quantum correlations is in the covariance matrix s and we are able to calculate the Logarithmic Negativity as a measure of the systems¿ entanglement and the Gaussian discord as an approximantion to the usual quantum discord, that is a measure of quantum correlations. We have shown that in some circunstances we can observe the survival of quantum correlations and entanglement, even at very high temperatures. This survival has close relationship with the stability of the system¿s equation of motion. As quantum correlations are the main feature of quantum mechanics, this sugests that this particular coupling between the oscillators can reduce the decoherence effects induced by the interaction with the heat bath / Mestrado / Física / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Regiane Aparecida.pdf: 1187901 bytes, checksum: b637bcaefc952d1ee86519999fc34121 (MD5) Previous issue date: 2007-06-25 / The implementation of processes of Quantum Computation as well as the transmission and quantum information control in realistic physical systems, must take in account the effects of the coupling of the systems with the environment, represented by thermal reservoirs. In this work it is considered the study of the effects of the environment in the quantum properties of each modes in a system of weakly coupled bosonics ones (the electromagnetic modes in the coupled cavities). It is applied an alternative method, based on effective non Hermitian Quadratic Hamiltonian, in order to understand how to determine the time evolution of the Wigner function of the system under study; the technique of Wigner funtion propagator and a specific solution is presented. In addition, the time evolution of the non symmetric second moments is exactly determined for the special case of initial general Gaussian states for both modes, in the presence of thermal reservoir. It is analyzed as the squeezing and the purity of each mode as well as the entanglement among them evolve in time under dissipation, compared to the case of reservoir absence. For this purpose, it is briey considered some techniques applied the study of the quantum information and measures of quantum correlations for quantum multipartite systems, here only applied to a bipartite system. This work is concluded with some numerical analysis of the quantum properties in terms of initial state parameters and gives some future perspective in order to generalize our results. / A implementação de processos em Computação Quantica bem como a transmissãoo e controle de informação quantica em sistemas fisicos realistas, precisam levar em consideração os efeitos do acoplamento do sistema com o ambiente, representado por reservatórios térmicos. Neste trabalho considera-se o estudo do efeito do ambiente nas propriedades quânticas de cada modo em um sistema de modos bosônicos fracamente acoplados (os modos eletro-magnéticos na cavidade acoplada). É aplicado um méetodo alternativo, baseado no Hamil-toniano Quadrático efetivo não Hermitiano, afim de compreender como determinar a evolução temporal da função de Wigner do sistema sob estudo; é apresentada a técnica do propagador da função de Wigner e a solução especifica. Além disso, a evolução temporal dos segundos momentos não-simetrizados é determinada exatamente para o caso especial de estados iniciais gerais Gaussianos para ambos os modos, na presença do reservatório térmico. Analisa-se como a compressão e a pureza de cada modo bem como o emaranhamento entre eles evoluem no tempo sob dissipação, comparado ao caso da ausência de reservatório. Para esse propósito, são brevemente consideradas algumas técnicas aplicadas ao estudo da informação quântica e medidas de correlação quântica para sistemas quânticos de muitas partes, sendo aqui somente aplicado a sistemas de duas partes. Este trabalho é concluido com uma análise numérica das propriedades quânticas em termos dos parâmetros do estado inicial e algumas perspectivas futuras são apresentadas afim de generalizar estes resultados.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-12-03T14:15:36Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Andesson Brito Nascimento - 2015.pdf: 4640566 bytes, checksum: dbcca8bfca43a95c51641cfa230b0285 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-12-04T06:59:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Andesson Brito Nascimento - 2015.pdf: 4640566 bytes, checksum: dbcca8bfca43a95c51641cfa230b0285 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-04T06:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Andesson Brito Nascimento - 2015.pdf: 4640566 bytes, checksum: dbcca8bfca43a95c51641cfa230b0285 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-07-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Correlations are ubiquitous in nature and have played an extremely important role in human life for a long time. For example, in economy, correlations between price and demand are extremely important for a businessman (or even a government) to make decisions regarding their investment policy. In the field of biology, genetic correlations are central to follow individual characteristics. The relationship between income distribution and crime rate is just one example coming from the social sciences. Mathematically, correlation is a number that describes the degree of relationship between two variables. In the classical domain, this number can be computed in the context of information theory, developed by Shannon in 1948. Focusing on the subject of the present work, the discussion regarding the quantum nature of the correlations permeates physics since Einstein, Podolski and Rosen published their famous article criticizing quantum mechanics. Since then, the so-called quantum correlations have been shown to be a very important tool in the study of many-bodies physics. Another feature of many-body physics is that certain systems, under certain conditions, exhibit what we call quantum phase transition. Such transitions are analogous to the classical transitions, but being governed by purely quantum fluctuations and, as such, may occur at zero temperature, unlike the former, which are guided by thermal fluctuations. One of the main phenomenon that characterizes these transitions is the fact that the correlation length (defined between two subsystems of the global system) highly increases at the transition point. This means that such subsystems can be strongly correlated even if they are separated by a large distance. The main goal of the present work is the study of quantum correlations, specifically the entanglement and the local quantum uncertainty (LQU), in systems presenting one or more quantum phase transitions. Specifically, we consider three models of spin chains: 1) The XY and the XY T, which describes chains of spins- 1=2 —the second considering three spins interaction while the first one takes into account only pairwise interactions; 2) A model describing a chain formed by bosonic spins, i.e. particles with spin-1. As a general conclusion, quantum correlation provides a very powerful tool for the study of critical phenomena, providing, among other things, a means to identify a quantum phase transition. / As correlações são onipresentes na natureza e têm desempenhado um papel extremamente importante na vida humana por um longo tempo. Por exemplo, na economia correlações entre oferta e demanda são extremamente importantes para um homem de negócios (ou mesmo para um governo) tomar decisões à respeito de sua política de investimento. No campo da biologia, correlações genéticas são fundamentais para seguirmos características individuais. A relação entre distribuição de renda e taxa de criminalidade é apenas um dos exemplo vindos das Ciências Sociais. De um modo geral, a correlação é uma quantidade que descreve o grau de relação entre duas variáveis. No domínio clássico, essa quantidade pode ser medida no âmbito da teoria da informação, desenvolvida por Shannon em 1948. Focando no assunto do presente trabalho, a discussão sobre a natureza quântica das correlações permeia a física desde que Einstein, Podolski e Rosen publicaram seu famoso artigo criticando a mecânica quântica. Desde então, as chamadas correlações quânticas têm se mostrado uma ferramenta muito importante no estudo da Física de muitos corpos. Outra característica da Física de muitos corpos é que certos sistemas, em certas condições, exibem o que chamamos de transição de fase quântica. Tais transições são análogas às transições clássicas, mas sendo governadas por flutuações de natureza puramente quântica, podendo ocorrer à temperatura zero, ao contrário das primeiras, que são guiadas por flutuações térmicas. Um dos principais fenômenos que caracterizam estas transições é o fato de que o comprimento de correlação (definido entre dois subsistemas do sistema global) torna-se de longo alcance no ponto de transição. Isso significa que tais subsistemas podem estar fortemente correlacionados mesmo estando separados por uma grande distância. O objetivo deste trabalho é o estudo de correlações quânticas, mais especificamente do emaranhamento e da incerteza local quântica (LQU), em cadeias de spin que apresentem uma ou mais transições quânticas de fase. Especificamente, estudamos três modelos de cadeias de spin: Os modelos XY e XY T, que são cadeias formadas por spins-1=2, sendo que o segundo considera interação entre três spins enquanto o primeiro somente entre pares; um modelo formado por partículas bosônicas de spin-1. Como conclusão geral, temos que as correlações quânticas fornecem uma ferramenta muito boa para o estudo de fenômenos críticos, oferecendo, entre outros, um meio de identificarmos uma transição quântica de fase.

Orientadores: Marcos Cesar de Oliveira, Silvio Antonio Sachetto Vitiello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T14:05:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarrilloLozada_Alejandro_M.pdf: 43030851 bytes, checksum: 63a4000c6fbaa12db70efa1fc8fa2a1b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O campo magnético da Terra é essencial na orientação de pássaros migratórios. A explicação mais promissora para esta orientação utiliza o mecanismo de pares ra-dicais (PR) criados em uma reação foto-estimulada, a qual é conjecturada ocorrer em fotorreceptores criptocromo. Esta última conjectura foi particularmente reforçada recentemente pela evidência de sensibilidade magnética do criptocromo humano. Os radicais devem ter uma anisotropia intrínseca, a fim de definir um quadro de referência para esse tipo de bússola. Esta anisotropia, quando introduzida através de interação hiperfinas, impõe imobilidade ao RP formado dentro do olho do pássaro, e implica na preservação do emaranhamento entre os elétrons desemparelhados do PR por tempos longos (de centenas de microssegundos). Consequentemente, os tempos de coerência são também longos, mesmo que o papel do emaranhamento na reação permaneça desconhecido. Mostra-se que esse tipo de anisotropia devido às interações hiperfinas não é necessário para o funcionamento da bússola. Pares radicais isotrópicos, isto é, moléculas que executam um movimento de rotação ou de difusão capaz de remover qualquer anisotropia no Hamiltoniano quando submetidos a um processo de decoerência rápida, são capazes de fornecer a anisotropia necessária para que a bússola funcione. O ambiente no qual o PR está imerso _e responsável pelo referencial da bússola, relaxando a hipótese de imobilidade. Isto expande significativamente a gama de aplicabilidade do mecanismo de PR fornecendo mais elementos para pesquisa experimental, quanto as moléculas candidatas não devem estar fixas na retina. Utilizando esta fonte externa de anisotropia, mostramos que o emara-nhamento não é necessário para o bom funcionamento da bússola dado que estados separáveis podem formar produtos anisotrópicos sob as condições apropriadas. Condições iniciais classicamente correlacionadas para o PR, ou em outras palavras, estados iniciais sem correlação quântica, podem fornecer uma outra fonte da anisotropia necessária para o bom funcionamento da bússola; dado que o estado inicial não _e um estado singleto (ou tripleto) perfeito entre os spins eletrônicos e portanto não _e um estado maximamente emaranhado, esta nova fonte de direção preferencial na criação dos produtos químicos ganha relevância / Abstract: Earth's magnetic field is essential for orientation of migratory birds. The most promising explanation for this orientation employs the photo-stimulated radical pair (RP) mechanism, conjectured to occur in cryptochrome photoreceptors. This last conjecture has been particularly reinforced recently by the evidence of magnetosensivity of human cryptochrome. The radicals must have an intrinsic anisotropy in order to define a reference frame for this kind of compass. This anisotropy, when introduced through hyperfine interactions, imposes immobility of the RP formed within the eye of the bird, and implies that entanglement between the unpaired electrons of the RP is preserved over long times of hundreds of microseconds; therefore the coherence times are longer, even if the role of entanglement in the reaction remains unknown. We show that this kind of anisotropy due to hyperfine interactions is not necessary for the proper functioning of the compass. Isotropic radical pairs, i.e., molecules performing diffusional or rotational motion able to average away any anisotropy in the hamiltonian, when subjected to a fast decoherence process, are able to provide the anisotropy required for the compass to work. The environment in which the RP is immersed is then responsible for the reference frame of the compass, relaxing the immobility assumption. This significantly expands the range of applicability of the RP mechanism providing more elements for experimental search, as the candidate molecules must not be fixed within the retina. Using this external source of anisotropy, we show that entanglement is not necessary for the proper working of the compass, given that separable states can form anisotropic yields under proper conditions. Classically correlated initial conditions for the RP, or in other words, initial states without quantum correlations, can provide another source of the required anisotropy for the proper working of the compass; given that the initial state is not a perfect singlet (or triplet) state between the electronic spins and therefore is not a maximally entangled state, this new source of preferred direction in the creation of the chemical products gains relevance / Mestrado / Física / Mestre em Física

Investigamos as propriedades quânticas conjuntas dos três feixes intensos de luz produzidos por um oscilador paramétrico ótico (OPO) operando acima do limiar, denominados bombeio, sinal e complementar. Analisamos experimentalmente as flutuações quânticas de intensidade e fase destes feixes, e como se correlacionam. Observamos pela primeira vez a presença de correlações quânticas entre as fases dos três campos. O ruído observado na soma das fases de sinal e complementar, Vq12=1,28(3)>1, passa a apresentar compressão de ruído após ser corrigido pelas flutuações de fase do feixe de bombeio, resultando em (Vq12)\' =0,84(3)<1. Para potências mais altas de bombeio, observamos também a existência de correlações quânticas diretamente entre as amplitudes do feixe de bombeio e um dos feixes convertidos (sinal ou complementar); a máxima compressão de ruído medida correspondeu a Vp02=0,86(3)<1. Estendemos nosso estudo às propriedades de emaranhamento deste sistema tripartite, para tanto utilizando dois critérios distintos. Nossos dados apontam a separabilidade do sistema no regime de operação estudado, em contradição com o modelo teórico. Utilizando o critério de emaranhamento de P. van Loock e A. Furusawa, obtivemos os seguintes valores para as combinação de variâncias que comprovariam a inseparabilidade caso fossem menores que 2: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2 e V2=2,09(7)>2. Com relação ao segundo critério de separabilidade, positividade sob transposição parcial, obtivemos os seguintes autovalores simpléticos a partir da matriz de covariância medida: A0=0,94(8) e A1=0,36(6)<1, em que o emaranhamento seria evidenciado caso A0<1 e A1<1. Esta discordância com a previsão teórica está relacionada a um ruído clássico espúrio observado no sistema, cujas características são levantadas nesta tese. Nossa análise indica os rumos a serem seguidos para a observação do emaranhamento. Mostramos teoricamente que o emaranhamento tripartite previsto pode ser utilizado como recurso para a criação de um sistema emaranhado multipartite. Para tanto, diversos OPOs são utilizados em uma configuração em cadeia, na qual o feixe de bombeio refletido pelo primeiro OPO serve de bombeio para o segundo e assim sucessivamente. Este esquema permite a geração de uma rede quântica multicolor escalável. Por fim, descrevemos a construção de um laser de Ti:safira que representa o primeiro passo na integração entre luz não-clássica e física atômica a ser investigada em nosso laboratório. Este laser pode ser utilizado, ao mesmo tempo, como bombeio do OPO e de uma nuvem de átomos. O emaranhamento tripartite gerado no OPO estabeleceria a conexão destes últimos com os feixes convertidos, cujos comprimentos de onda possibilitariam a transmissão direta destes feixes de luz através de fibras óticas comerciais de telecomunicação. / We have investigated the collective quantum properties of the three bright light beams produced by an optical parametric oscillator (OPO) operating above threshold, named pump, signal, and idler. We have analyzed experimentally their intensity and phase quantum fluctuations, and how they are correlated. For the first time, we have observed the existence of phase quantum correlations among the three beams. The measured phase-sum noise between signal and idler, Vq12=1,28(3)>1, presents squeezing when corrected by the phase fluctuations of the pump beam, resulting in (Vq12)\'=0,84(3)<1. For higher pump powers, we have observed the existence of amplitude quantum correlations directly between pump and one of the downconverted beams (signal or idler); the maximum measured squeezing level corresponded to the noise Vp02=0,86(3)<1. Our investigations included the entanglement properties of this tripartite system, tested by two different criteria. Our data points to the separability of the system in the accessible regime of operation, in contradiction with the theoretical predictions. Applying the criterion by P. van Loock and A. Furusawa, we have obtained the following values of combinations of variances which would attest the inseparability in case values smaller than 2 would be obtained: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2, and V2=2,09(7)>2. For the second criterion, the positivity under partial transpose, we have obtained the following symplectic eigenvalues calculated from the measured covariance matrix: A0=0,94(8) and A1=0,36(6)<1, where entanglement is attested in case A0<1,and A1<1. This discrepancy with the theoretical prediction is caused by a classical spurious noise observed in the system, which characteristics are investigated in this thesis. Our analysis indicates the path to successfully observe tripartite entanglement. We show theoretically that the predicted tripartite entanglement can be employed as a resource for the construction of a multipartite entangled system. This is accomplished by pumping several OPO\'s with the same optical field, such that the pump beam reflected by the first OPO is utilized to pump a second one, and so on. This scheme allows the generation of a multicolor scalable quantum network. Finally, we describe the construction of a Ti:sapphire laser which represents the first step in the integration between non-classical light and atomic physics to be investigated in our laboratory. This laser could be employed at the same time to pump an OPO and to interact with a cloud of atoms. The tripartite entanglement produced by the OPO could then entangle the atoms to the downconverted beams, which wavelength would allow the transmission of these beams through commercial optical fibers for telecom.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucas stori.pdf: 1232711 bytes, checksum: 264a44f2f6fc6eda1fa61e3d9e1d62f2 (MD5) Previous issue date: 2007-11-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The problem of so-called "quantum teleportation", or a transfer of the state of some quantum system to another quantum system has attracted attention of many authors. The aim of our study is to consider the effect of the quantum parametric excitation on the quantum information exchange between two modes of the electromagnetic field modeled by coupled quantum oscillators, where one of the oscillators has a time dependent frequency, as an extension of the case of two coupled modes considered. In the quantum case, the oscillators exchange not only energies, but also their quantum states and such an exchange can be interpreted as an ideal information transfer. We see that the possibility of quantum state exchange or information transfer can be detected in the most direct way by analyzing the Schrödinger propagator features in the coordinate representation. There are many different schemes of calculating the propagators of coupled oscillators, but the simplest one is that based on the theory of linear time dependent quantum invariants. Considering that the system in study models the coupled modes of the electromagnetic field, the interaction occurs in the domain of the weak interactions; the intensity of the coupling constants are small. Then we can consider the systems of differential equations for the dynamic behavior in the case of weak coupling limit. Starting with this argument, we can reduce the differential equations of first order to the only two groups of second order differential equations for all that ¸’s matrices. With the ¸’s matrices well determined, we can calculate the measured of entanglement, squeezing, purity and other quantum state properties of each mode in a particular case of Gaussian initial states. / O problema conhecido como "teletransporte quântico", ou transferência de estados quânticos, tem atraído a atenção de muitos autores. O objetivo de nosso estudo é considerar o efeito da excitação paramétrica quântica na troca de informação quântica entre dois modos do campo eletromagnético modelados por osciladores quânticos acoplados, onde um dos osciladores tem uma frequência dependente do tempo, sendo considerada o caso de dois modos acoplados. No caso quântico, os osciladores não trocam somente energias, mas também seus estados quânticos e tal troca pode ser interpretada como uma transferência de informação. Vemos que a possibilidade de troca de estados quânticos ou informação quântica pode ser verificadas de muitas maneiras pela análise direta do propagador de Schrödinger na representação das coordenadas. Existem várias maneiras diferentes de calcular o propagador de osciladores acoplados, mas uma maneira simples é baseada na teoria de invariantes quânticos dependentes linearmente do tempo. Considerando que o sistema em estudo é modelado por modos acoplados do campo eletromagnético, a interação ocorre nos domínios das interações fracas; a intensidade das constantes de acoplamentos são pequenas. Então, podemos considerar um sistema de equações diferenciais onde o seu comportameto dinâmico é dado no limite do acoplamento fraco. Iniciando com este argumento, nos reduzimos as equações diferenciais de primeira ordem em um conjunto de equações diferenciais de segunda ordem para as matrizes 0s. Com as matrizes ¸0s determinadas, nos podemos calcular medidadas de emaranhamento, compressão, pureza e outras propriedades de estados quânticos de cada modo em particular no caso de estados Gaussianos iniciais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4780.pdf: 9997745 bytes, checksum: 24a1f1c6cc3ce4ef4b6ac0cc5009255c (MD5) Previous issue date: 2013-01-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this thesis, we study the behavior of Quantum Discord in the contexts of open quantum systems and spin chains. Furthermore, we investigate the thermalization process of a spin chain due to interaction with the environment. First, we present a review on the concept of quantum correlation, beginning with the first ideas on non-locality, and leading to the measure of quantum correlations called Quantum Discord. Afterwards, we study the dynamics of the quantum correlations between two non-interacting qubits coupled to Markovian and non- Markovian thermal reservoirs. In the context of spin chains, we investigate the behavior of quantum correlations at finite temperatures, starting with a system composed of two interacting spins, described by XYZ model, in order to generalize this study to the case of infinite unidimensional spin chains, described by XY and XXZ models. In this context, we investigate the relationship between quantum correlations and quantum phase transitions present in these two models. We conclude this thesis with a study of the thermalization process of two interacting spins weakly coupled to independent bosonic thermal reservoirs, or to a single collective reservoir, besides presenting some results for larger systems, composed of an arbitrary number of spins. / Nesta tese estudamos o comportamento da Discórdia Quântica nos contextos de sistemas quânticos abertos e cadeias de spins. Além disso, investigamos também o processo de termalização de uma cadeia de spins sujeita a interação com o meio-ambiente. Primeiramente, apresentamos uma revisão do conceito de correlação quântica, partindo das ideias iniciais sobre não-localidade e tendo como ponto final a medida de correlações quânticas denominada Discórdia Quântica. Posteriormente, estudamos a dinâmica das correlações quânticas entre dois qubits não-interagentes acoplados a reservatórios térmicos markovianos e não-markovianos. No contexto de cadeias de spins, investigamos o comportamento das correlações quânticas a temperaturas finitas, começando com um sistema formado por dois spins interagentes, descrito pelo modelo XYZ para, em seguida, generalizar este estudo para o caso de cadeias de spins unidimensionais infinitas, descritas pelos modelos XY e XXZ. Neste contexto, investigamos a relação entre as correlações quânticas e as transições de fase quânticas presentes nestes dois modelos. Finalizamos esta tese com um estudo sobre o processo de termalização de dois spins interagentes fracamente acoplados a reservatórios térmicos bosônicos independentes ou um único reservatório coletivo, além de apresentar alguns resultados referentes a sistemas maiores, formados por um número arbitrário de spins.

Investigamos as propriedades quânticas conjuntas dos três feixes intensos de luz produzidos por um oscilador paramétrico ótico (OPO) operando acima do limiar, denominados bombeio, sinal e complementar. Analisamos experimentalmente as flutuações quânticas de intensidade e fase destes feixes, e como se correlacionam. Observamos pela primeira vez a presença de correlações quânticas entre as fases dos três campos. O ruído observado na soma das fases de sinal e complementar, Vq12=1,28(3)>1, passa a apresentar compressão de ruído após ser corrigido pelas flutuações de fase do feixe de bombeio, resultando em (Vq12)\' =0,84(3)<1. Para potências mais altas de bombeio, observamos também a existência de correlações quânticas diretamente entre as amplitudes do feixe de bombeio e um dos feixes convertidos (sinal ou complementar); a máxima compressão de ruído medida correspondeu a Vp02=0,86(3)<1. Estendemos nosso estudo às propriedades de emaranhamento deste sistema tripartite, para tanto utilizando dois critérios distintos. Nossos dados apontam a separabilidade do sistema no regime de operação estudado, em contradição com o modelo teórico. Utilizando o critério de emaranhamento de P. van Loock e A. Furusawa, obtivemos os seguintes valores para as combinação de variâncias que comprovariam a inseparabilidade caso fossem menores que 2: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2 e V2=2,09(7)>2. Com relação ao segundo critério de separabilidade, positividade sob transposição parcial, obtivemos os seguintes autovalores simpléticos a partir da matriz de covariância medida: A0=0,94(8) e A1=0,36(6)<1, em que o emaranhamento seria evidenciado caso A0<1 e A1<1. Esta discordância com a previsão teórica está relacionada a um ruído clássico espúrio observado no sistema, cujas características são levantadas nesta tese. Nossa análise indica os rumos a serem seguidos para a observação do emaranhamento. Mostramos teoricamente que o emaranhamento tripartite previsto pode ser utilizado como recurso para a criação de um sistema emaranhado multipartite. Para tanto, diversos OPOs são utilizados em uma configuração em cadeia, na qual o feixe de bombeio refletido pelo primeiro OPO serve de bombeio para o segundo e assim sucessivamente. Este esquema permite a geração de uma rede quântica multicolor escalável. Por fim, descrevemos a construção de um laser de Ti:safira que representa o primeiro passo na integração entre luz não-clássica e física atômica a ser investigada em nosso laboratório. Este laser pode ser utilizado, ao mesmo tempo, como bombeio do OPO e de uma nuvem de átomos. O emaranhamento tripartite gerado no OPO estabeleceria a conexão destes últimos com os feixes convertidos, cujos comprimentos de onda possibilitariam a transmissão direta destes feixes de luz através de fibras óticas comerciais de telecomunicação. / We have investigated the collective quantum properties of the three bright light beams produced by an optical parametric oscillator (OPO) operating above threshold, named pump, signal, and idler. We have analyzed experimentally their intensity and phase quantum fluctuations, and how they are correlated. For the first time, we have observed the existence of phase quantum correlations among the three beams. The measured phase-sum noise between signal and idler, Vq12=1,28(3)>1, presents squeezing when corrected by the phase fluctuations of the pump beam, resulting in (Vq12)\'=0,84(3)<1. For higher pump powers, we have observed the existence of amplitude quantum correlations directly between pump and one of the downconverted beams (signal or idler); the maximum measured squeezing level corresponded to the noise Vp02=0,86(3)<1. Our investigations included the entanglement properties of this tripartite system, tested by two different criteria. Our data points to the separability of the system in the accessible regime of operation, in contradiction with the theoretical predictions. Applying the criterion by P. van Loock and A. Furusawa, we have obtained the following values of combinations of variances which would attest the inseparability in case values smaller than 2 would be obtained: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2, and V2=2,09(7)>2. For the second criterion, the positivity under partial transpose, we have obtained the following symplectic eigenvalues calculated from the measured covariance matrix: A0=0,94(8) and A1=0,36(6)<1, where entanglement is attested in case A0<1,and A1<1. This discrepancy with the theoretical prediction is caused by a classical spurious noise observed in the system, which characteristics are investigated in this thesis. Our analysis indicates the path to successfully observe tripartite entanglement. We show theoretically that the predicted tripartite entanglement can be employed as a resource for the construction of a multipartite entangled system. This is accomplished by pumping several OPO\'s with the same optical field, such that the pump beam reflected by the first OPO is utilized to pump a second one, and so on. This scheme allows the generation of a multicolor scalable quantum network. Finally, we describe the construction of a Ti:sapphire laser which represents the first step in the integration between non-classical light and atomic physics to be investigated in our laboratory. This laser could be employed at the same time to pump an OPO and to interact with a cloud of atoms. The tripartite entanglement produced by the OPO could then entangle the atoms to the downconverted beams, which wavelength would allow the transmission of these beams through commercial optical fibers for telecom.

Orientador: Prof. Dr. Roberto Menezes Serra / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, Santo André, 2018.