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Towards In Situ Studies of Polymer Dynamics and Entanglement under Shear through Neutron Spin Echo SpectroscopyKawecki, Maciej January 2015 (has links)
Entangled polymeric fluids subjected to shear display a stress plateau through a range of shear rates. The formation of this plateau is often attributed to an entanglement-disentanglement transition in scientific literature. However, to our best knowledge in situ studies recovering the intermediate scattering function of polymer dynamics under shear have until now never been performed. This thesis documents the successful development of a high viscosity shear device whose interaction with polarized neutrons is small enough to allow use for Neutron Spin Echo spectroscopy. Further, first measurements towards the direct observation of the variation of the degree of entanglement throughout increasing shear are documented, albeit yet for too short Fourier times to measure beyond Rouse dynamics.
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Decoherence υπό την επίδραση εξωτερικού θορύβουΤζέμος, Αθανάσιος 29 September 2010 (has links)
Στην παρούσα εργασία μελετάται το φαινόμενο της Κβαντικής Αποσυνοχής (Decoherence) υπό την επίδραση εξωτερικού θορύβου. Στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται ανασκόπηση των βασικών εννοιών της Κβαντικής Πληροφορικής, της Θεωρίας Αποσυνοχής και του Στοχαστικού Λογισμού. Στο δεύτερο-ερευνητικό μέρος μελετάται η Decoherence δύο qubits, τα οποία ανήκουν στην Αλυσίδα XY του Heisenberg. Τα qubits αυτά μελετώνται τόσο εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου όσο και εντός μαγνητικού πεδίου στοχαστικού χαρακτήρα. Επίσης, παρουσιάζονται και κάποια αριθμητικά αποτελέσματα στην περίπτωση που έχουμε θόρυβο στο μαγνητικό πεδίο και στη σταθερά συζεύξεως Jx. Στις δύο τελευταίες περιπτώσεις (όπου έχουμε θόρυβο) ευρίσκουμε Decoherence Free Subspaces. Τέλος, προτείνεται τρόπος ανάκτησης της Entanglement στην περίπτωση μικτής αρχικής κατάστασης του συστήματος των qubits. / In the current Master Thesis, the phenomenon of the Quantum Decoherence under the influence of external noise is examined. The first part is a review of the basic elements of Quantum Information Theory, Decoherence Theory, and Stochastic Calculus. In the second part, the Decoherence of two qubits that belong to the XY Heisenberg Chain is studied. The first case is where these qubits are placed in a constant magnetic field, while the second one is where the magnetic field has stochastic behavior. Furthermore, some arithmetic results, in the case of external noise in both the magnetic field and the coupling constant Jx are presented. In the last two cases (where we have noise), we find Decoherence Free Subspaces. Finally, we propose a way to rebound the Entanglement of these two qubits, if they are prepared in a mixed initial state.
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Dynamics of Quantum Correlations with Photons : Experiments on bound entanglement and contextuality for application in quantum informationAmselem, Elias January 2012 (has links)
The rapidly developing interdisciplinary field of quantum information, which merges quantum and information science, studies non-classical aspects of quantum systems. These studies are motivated by the promise that the non-classicality can be used to solve tasks more efficiently than classical methods would allow. In many quantum informational studies, non-classical behaviour is attributed to the notion of entanglement. In this thesis we use photons to experimentally investigate fundamental questions such as: What happens to the entanglement in a system when it is affected by noise? In our study of noisy entanglement we pursue the challenging task of creating bound entanglement. Bound entangled states are created through an irreversible process that requires entanglement. Once in the bound regime, entanglement cannot be distilled out through local operations assisted by classical communication. We show that it is possible to experimentally produce four-photon bound entangled states and that a violation of a Bell inequality can be achieved. Moreover, we demonstrate an entanglement-unlocking protocol by relaxing the condition of local operations. We also explore the non-classical nature of quantum mechanics in several single-photon experiments. In these experiments, we show the violation of various inequalities that were derived under the assumption of non-contextuality. Using qutrits we construct and demonstrate the simplest possible test that offers a discrepancy between classical and quantum theory. Furthermore, we perform an experiment in the spirit of the Kochen-Specker theorem to illustrate the state-independence of this theorem. Here, we investigate whether or not measurement outcomes exhibit fully contextual correlations. That is, no part of the correlations can be attributed to the non-contextual theory. Our results show that only a small part of the experimental generated correlations are amenable to a non-contextual interpretation. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Submitted. Paper 5: Submitted. Paper 6: Submitted.</p>
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Ecoulement de polymères enchevêtrés aux interfaces / Entangled polymer flows at interfacesKorolkovas, Airidas 16 December 2016 (has links)
La friction d'une surface en réaction au cisaillement pourrait devenir un élément important dans des diverses technologies telles que la microfluidique, la lubrification ou encore la production et le traitement des polymères. Notre système modèle est constitué d'une brosse polymère sous un écoulement d'une solution de polymère enchevêtrée. La structure de la brosse a été sondée expérimentalement par Rhéo - Réflectométrie Neutronique, ainsi que par la simulation numérique basée sur des globules très "mous" ("blobs" en anglais). Dans les simulations on montre pour la première fois qu'il est bien possible de supprimer le croisement de chaînes de polymères pour ensuite pouvoir observer la dynamique d'enchevêtrement grâce uniquement au potentiel répulsif des globules. Pour confiner ces globules entre deux plaques dures, on propose une nouvelle condition limite, appelée mirror-and-shift, qui produit un comportement de profil de densité monotone et non oscillatoire à l'interface. Ces innovations de simulation sont ensuite combinées et leur résultat est comparé avec nos mesures expérimentales de l'épaisseur de la brosse polymère, en fonction de taux de cisaillement. Un bon accord quantitatif est obtenu, dont la conclusion est que l'épaisseur de la brosse s'effondre perpendiculairement au cisaillement appliqué, ce qui est un effet non-linéaire de second ordre. On attribue cet effet à la différence des contraintes normales, qui se produit communément dans des liquides de polymères enchevêtrés lorsqu'il sont poussés vers leur régime de rhéofluidification par un flot suffisant. / Shear responsive friction at solid-liquid interfaces could become an important component in various technologies such as microfluidics, lubrication and polymer processing. Our model system is a polymer brush grafted on a solid substrate, subject to shear flow by an entangled polymer solution. The structure of the brush was probed both experimentally by Rheo - Neutron Reflectometry, and by computer simulations based on soft blobs. In the simulations we demonstrate for the first time that it is possible to suppress polymer chain crossings and observe entanglement dynamics using only the soft blob repulsive potential. To confine the blobs between two hard plates we introduce a new boundary condition, mirror-and-shift, which enables a monotonic, rather than oscillatory, density profile climb at the interface. The simulation techniques are then combined and compared against experimental measurement of polymer brush thickness as a function of shear rate. A good quantitative agreement is obtained, concluding that the brush thickness collapses perpendicularly to the applied shear flow, and is thus a non-linear second order effect. We attribute this effect to the normal stress difference, commonly occurring in entangled polymer liquids in their shear thinning flow regime.
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Fluxo de coerência quântica para um qubit evoluindo sobre a ação de canais quânticos / Quantum coherence flow for a qubit evolving under the action of quantum channelsPozzobom, Mauro Buemo 23 August 2016 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Quantum Coherence (QC) has a fundamental role in Quantum Mechanics (QM). It has
been studied since the emergence of QM. However, this quantum feature is easily destroyed
when a physical system interacts with the environment. Also, recently the quantum
coherence has been highlighted because of the possibility of using its as a resource in the
Quantum Information Science (QIS). In this work we study the QC flow of a qubit (two-level
system) interacting with the environment modeled by quantum channels of noise that are
very common in QIS. These channels represent some physical systems and are widely
used for error correction studies. We calculate the QC by the l1-norm, doing this for the
different channels seeking to relate it to the entanglement, which is also another key topic
in QM. We note that in the amplitude damping channel the total QC is equal to the sum of
the local and non-local parts and that the non-local part is equivalent to entanglement. For
the phase damping channel, entanglement does not cover all non-local QC. Here there is a
gap between them that may depend on the time and on the initial state. Besides, for the bit,
phase, and bit phase flip channels the possibility and the conditions for invariance of QC
are considered. Also, we notice that for the depolarizing channel we can use the qubit as
a catalyst for the creation of non-local QC and entanglement. We, as well, observed that
even initial states incoherent can lead to transient quantum coherence between system and
environment. We also showed that the emergence of entanglement does not necessarily
imply the destruction of QC. Furthermore, we investigated whether QC is lost or changed
into other types of correlations and besides which initial conditions allow making quantum
coherence robust to decoherence. / A Coerência Quântica (CQ) tem aspecto fundamental na Mecânica Quântica (MQ), ela é
estudada desde o surgimento da MQ todavia, a CQ é uma característica que é facilmente
destruída quando um sistema físico interage com o meio ambiente. Além disso, recentemente
a coerência quântica tem tido destaque devido a possibilidade de sua utilização
como um recurso na Ciência da Informação Quântica (CIQ). Nesse trabalho estudamos o
fluxo de CQ de um qubit (sistema de dois níveis) interagindo com o ambiente modelado
por canais quânticos de ruído que são muito comuns em CIQ. Esses canais representam
alguns sistemas físicos e são amplamente utilizados para o estudo de correção de erros,
por exemplo. Calculamos a CQ baseados na norma-l1 para os diferentes canais buscando
relacioná-la com o emaranhamento, que também é outro tópico fundamental em MQ. Notamos
que para o canal amplitude damping a CQ total é igual a soma das partes local e
não-local e que a parte não-local equivale ao emaranhamento. Para o canal phase damping
o emaranhamento não abrange toda a CQ não-local, existindo uma lacuna entre eles
que pode depender do tempo e do estado inicial. Além disso, para os canais bit, phase e
bit phase flip são consideradas a possibilidade e condições para invariância da CQ. Ainda
notamos que para o canal depolarizing podemos usar o qubit como um catalisador para
a criação de CQ e de emaranhamento. Observamos ainda que mesmo estados iniciais
incoerentes podem levar à criação de coerência quântica transitória entre sistema e ambiente.
Vimos também que o surgimento do emaranhamento não implica necessariamente
na diminuição da CQ do qubit. Investigamos ainda se a CQ é perdida ou transformada em
outros tipos de correlações e também quais condições iniciais possibilitam tornar a coerência
quântica mais robusta.
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Estados parcialmente emaranhados em comunicação quânticaGomes, Raphael Fortes Infante 16 March 2012 (has links)
Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2012-03-16 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this master s thesis we approach the entanglement between quantum states as a resource to be used in the transmission of quantum information, particularly in quantum teleportation. Our focus was directed toward the study of partially entangled quantum states, that is, states in which the entanglement degree is below the maximum value allowed by quantum mechanics, since they are more likely to be found in actual devices than maximally entangled states. We review the properties and concepts that characterize vectors and operators from the viewpoint of linear algebra to formally present the postulates of quantum mechanics. We introduced the notion of qubits and showed how these can be applied to computing tasks via quantum logic gates.We explained in details the main quantum teleportation protocols that originated the methods used in this work, highlighting the advantages and disadvantages of each one. We presented protocols with new arrangements and introduced techniques that have improved some of the known methods, providing for those alternatives relating to construction and architecture in the arrangement of the channels. We proved that the probability associated with a multiple teleportation of a single qubit through channels in series tends to the maximum limit for a special case. We showed that imperfect states can be corrected and that it is possible to transmit a single qubit or a pair of qubits using GHZ states and modification of Bell basis states. We discussed the relationship between the final success probability value and the bases and channels degree of entanglement for each method. We concluded the thesis with a general analysis of all protocols, highlighting the most efficient ones with arguments that include theoretical and practical viewpoints. / Nesta dissertação abordamos o emaranhamento entre estados quânticos como um recurso a ser utilizado na transmissão de informação quântica, em especial no teletransporte quântico. Nosso foco foi direcionado para o estudo de estados quânticos parcialmente emaranhados, isto é, estados nos quais o teor de emaranhamento está aquém do máximo valor permitido pela mecânica quântica, visto que são mais prováveis de serem encontrados em dispositivos reais do que seriam estados maximamente emaranhados. Revisamos as propriedades e conceitos que caracterizam vetores e operadores sob a ótica da álgebra linear para em seguida apresentarmos formalmente os postulados da mecânica quântica. Introduzimos a noção de qubits e mostramos como estes podem ser aplicados em tarefas computacionais através de portas lógicas quânticas. Explicamos com detalhes os principais protocolos de teleporte quântico que originaram os métodos utilizados neste trabalho, destacando as vantagens e desvantagens de cada um. Apresentamos protocolos com arranjos inéditos e introduzimos técnicas que aperfeiçoaram alguns dos métodos de teleporte conhecidos, fornecendo alternativas para estes em relação à construção e arquitetura na disposição dos canais. Provamos que a probabilidade associada ao teleporte múltiplo de um qubit através de canais em série tende ao limite máximo para um caso especial. Mostramos que estados imperfeitos podem ser corrigidos e que é possível transmitir um qubit isolado ou um par de qubits empregando estados GHZ e modificações de estados da base de Bell. Discutimos a relação entre o valor da probabilidade de sucesso final e o grau de emaranhamento das bases e dos canais para cada método. Encerramos a dissertação com uma análise geral sobre todos os protocolos, destacando os mais eficientes com argumentos que englobam pontos de vista tanto teórico como prático.
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Introdução às Anomalias Conformes e os Teoremas C & F / Introduction to Conformal Anomalies and the C & F TheoremsGabriel Nicolaz Nagaoka 22 March 2018 (has links)
As ideias fundamentais sobre entropia de emaranhamento e fluxos de renormalização são expostas, assim como uma introdução a CFTs e sua ligacão com a estrutura do espaco de parâmetros. A anomalia de traço é calculada em uma abordagem semi-clássica usando o método de heat kernel\" e regularização por função zeta . Mostramos que os coeficientes de Seeley-DeWitt são responsáveis pela quebra de simetria conforme em um espaço-tempo curvo de dimensão par, com isso alcançamos uma definição geométrica para as cargas centrais. A inexistência de anomalias no caso de dimensões ímpares também e mostrado. O C-theorem\", que prova a monotonicidade das cargas centrais sob o fluxo de renormalização, é demonstrado como feito por Zamolodchikov por meio de uma abordagem euclideana assumindo unitariedade, positividade por reflexão e condições de renormalizabilidade. A análise feita por Cardy também e demonstrada, nela considera-se os mesmos ingredientes. Por fim, a prova tecida por Casini & Huerta é demonstrada com detalhes, essa prova utiliza das propriedades de strong subadditivity da entropia de emaranhamento, unitariedade e invariância sob o grupo de Poincaré. Com isso, uma conexão com informação quântica é feita naturalmente. No último capítulo generalizamos o conceito de carga central para dimensões ímpares as definindo como o termo universal na entropia de emarahamento de uma esfera. As considerações geométricas feitas para provar o C-theorem\" são estendidas para um espaço-tempo de Minkowski com três dimensões. Como consequência temos a prova do F-theorem\" que é o analogo em três dimensões do C-theorem\". / The fundamental ideas of entanglement entropy and RG flows are laid out, as well as the basics of CFTs and its connection to the framework of RG flows. The trace anomaly is calculated in a semi-classical fashion by using the heat kernel method and zeta-function regularization. It is shown that the Seeley-DeWitt coefficients are responsible for the breaking of conformal symmetry in a curved even-dimensional background, which also achieves a geometrical definition of a central charge. The absence of anomalies in odd space-time dimensions is also contemplated. The C-theorem, which proves the monotonicity of the two dimensional central charge under RG flows, is demonstrated as first done by Zamolodchikov in an euclidean approach assuming unitarity, reflection positivity, and renormalizability conditions. Cardy\'s analysis is also demonstrated by considering the same conditions as Zamolodchikovs . And at last the proof via entanglement entropy by Casini & Huerta which relies on the strong subadditivity property of EE, unitarity and Poincaré invariance is explained in detail, providing a quantum information approach to the problem. In the last chapter a generalization of central charges to odd dimensional space-times is given through the universal term of the EE of a sphere. We provide the extension of the geometrical setup considered in the proof of the C-theorem to a three dimensional Minkowski space-time, which ultimately yields the F-theorem, constituting the three dimensional analog of the C-theorem.
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Transferência e manipulação de informação quântica via tunelamento dissipativo não local / State transfer and manipulation of quantum information by nonlocal dissipative tunnelingGentil Dias de Moraes Neto 28 May 2013 (has links)
Nesta tese abordamos o problema de transferência e manipulação de informação quântica em sistemas dissipativos. Inicialmente apresentamos uma técnica para construir, dentro de redes bosônicas dissipativas, canais livres de decoerência (CLD): um grupo de modos normais de osciladores com taxas de amortecimento efetivas nulas. Verificamos que os estados protegidos dentro do CLD definem subespaços livres de decoerência (SLD) quando mapeados de volta para a base dos osciladores naturais da rede. Portanto, a nossa técnica para obter canais protegidos formados por modos normais é uma forma alternativa para construir SLD, que oferece vantagens em relação ao método convencional. Nosso protocolo permite o cálculo de todos os estados da rede protegidos de uma só vez, assim como leva naturalmente ao conceito de subespaço quase livre de decoerência (SQLD), dentro do qual um estado de superposição é quase completamente protegido. O conceito de SQLD, é mais fraco do que a dos SLD, pode proporcionar um mecanismo mais manejável para controlar decoerência. Em seguida desenvolvemos um protocolo para transferência quase perfeita de estados de poláriton de um sistema emissor para um receptor, separados espacialmente, ambos acoplados por um canal de transmissão não ideal que é modelado por uma rede de cavidades dissipativas. Esse protocolo consiste no acoplamento dispersivo entre o estado de poláriton preparado no emissor com os modos normais da rede que forma o canal, o que possibilita que o estado tunele para o receptor. Após a obtenção de um Hamiltoniano efetivo para o acoplamento entre o emissor e receptor, calculamos a fidelidade para a transferência de alguns estados de poláriton, por exemplo, estados tipo gato de Schrödinger. Mostramos que as taxas de decaimento da fidelidade são proporcionais a cooperatividade, parâmetro esse que avalia a relação entre a taxa de dissipação e o acoplamento efetivo. Analisamos a dependência da fidelidade e do tempo de transferência em relação à topologia da rede. Por fim, propomos o mecanismo de tunelamento não local para transferência de estados bosônicos e fermiônicos com alta fidelidade. Demonstramos que a incoerência decorrente das não idealidades quânticas do canal é quase totalmente contornada pelo mecanismo de tunelamento que possibilita um processo de transferência de alta fidelidade. Aplicamos esse mecanismo para transferência e processamento de informações entre múltiplos circuitos quântico (CQs) não ideais. Um conjunto de saídas é simultaneamente acoplado ao conjunto correspondente de entradas de outro QC espacialmente separado do primeiro, através de um único canal quântico não ideal. Mostramos que além da transferência de estados, podemos realizar operações logicas entre qubits distantes e gerar uma pletora de estados quânticos emaranhados. / In this thesis we address the problem of transfer and manipulation of quantum information in dissipative systems. First we present a technique to build, within a dissipative bosonic network, decoherence-free channels (DFCs): a group of normal-mode oscillators with null effective damping rates. We verify that the states protected within the DFC define the wellknown decoherence-free subspaces (DFSs) when mapped back into the natural network oscillators. Therefore, our technique to build protected normal-mode channels turns out to be an alternative way to build DFSs, which offers advantages over the conventional method. It enables the computation of all the network-protected states at once, as well as leading naturally to the concept of the decoherence quasi-free subspace (DQFS), inside which a superposition state is quasi-completely protected against decoherence. The concept of the DQFS, weaker than that of the DFS, may provide a more manageable mechanism to control decoherence. Finally, as an application of the DQFSs, we show how to build them for quasi-perfect state transfer in networks of coupled quantum dissipative oscillators. Then we present a scheme for quasi perfect transfer of polariton states from a sender to a spatially separated receiver, both composed of high-quality cavities filled by atomic samples. The sender and the receiver are connected by a nonideal transmission channel the data bus modelled by a network of lossy empty cavities. In particular, we analyze the influence of a large class of data-bus topologies on the fidelity and transfer time of the polariton state. Moreover, we also assume dispersive couplings between the polariton fields and the data-bus normal modes in order to achieve a tunneling-like state transfer. Such a tunneling-transfer mechanism, by which the excitation energy of the polariton effectively does not populate the data-bus cavities, is capable of attenuating appreciably the dissipative effects of the data-bus cavities. After deriving a Hamiltonian for the effective coupling between the sender and the receiver, we show that the decay rate of the fidelity is proportional to a cooperativity parameter that weigh the cost of the dissipation rate against the benefit of the effective coupling strength. The increase of the fidelity of the transfer process can be achieved at the expense of longer transfer times. We also show that the dependence of both the fidelity and the transfer time on the network topology for distinct regimes of parameters. It follows that the data-bus topology can be explored to control the time of the state-transfer process. Finally we propose the nonlocal tunneling mechanism for high-fidelity state transfer between distant parties. We apply this mechanism for highfidelity information transfer and processing between remote multi-branch nonideal quantum circuits (QCs). We show that in addition to the transfer of states, we can perform logic operations between distant qubits and generate a plethora of entangled quantum states.
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Interações de sistemas físicos com aplicações em óptica e informação quântica / Interactions of physical systems with applications in quantum optics and quantum informationSilva, Fernando Luis Semião da 23 March 2006 (has links)
Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-08-06T16:53:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2006 / Resumo: A presente tese é dedicada à utilização de conhecidos sistemas quânticos em aplicações de interesse em óptica e informação quântica. Motivados pelos recentes avanços experimentais em sistemas formados por íons aprisionados interagindo com lasers e na eletrodinâmica quântica de cavidades, nós focamos grande parte de nossas propostas nestes sistemas. Mais especificamente, nós estudamos a interação de íons e campos quantizados na chamada eletrodinâmica quântica de cavidades com íons aprisionados. Neste contexto, iniciamos nossos trabalhos com uma proposta de geração de superposições mesoscópicas no movimento do íon. Uma vez que tais superposições são muito sensíveis à decoerência, incluímos perdas na cavidade para tratar uma situação mais realista. Através da observação de quantum jumps, ou fóton-contagens fora da cavidade, mostramos um esquema de geração de estados com características quânticas muito similares aos encontrados no caso da cavidade ideal, sem perdas. Neste aspecto, encontramos um modo de usar a dissipação a nosso favor, fato de grande interesse experimental devido às imperfeições dos espelhos reais. Apresentamos também uma proposta de implementação de uma interação do tipo Kerr em íons como uma alternativa ao uso de cristais não-lineares que apresentam baixíssima eficiência para esse tipo de efeito. Essa proposta abre novas possibilidades para o uso de íons em medidas não demolidoras e computação quântica. Nossos estudos na área de eletrodinâmica quântica com íons aprisionados terminam com a análise dos efeitos do movimento do íon na dinâmica das transições multi-fotônicas. Esse é um estudo mais fundamental e está relacionado com o entendimento da interação da radiação com a matéria. Na última parte desta tese são apresentados resultados sobre o uso de sistemas de muitos corpos para a distribuição de informação quântica. O objetivo de se estudar estes sistemas mais complexos é a busca de implementação de protocolos quânticos em larga escala. Neste sentido, poderíamos pensar numa cadeia de osciladores harmônicos acoplados como ocorre em sistemas típicos da física da matéria condensada. Em particular, nós estudamos como aumentar a eficiência na transmissão de emaranhamento nestas cadeias. Propusemos um esquema que funciona como um tipo de quantum data bus, ou ônibus quântico para transportar e distribuir emaranhamento com alta eficiência / Abstract: This thesis is concerned with the use of firmly established quantum systems for applications in quantum optics and quantum information. Having been driven by recent experimental advances in laser-manipulated trapped ions and cavity quantum electrodynamics, we concentrated more on proposals to be implemented in those systems. Being more specific, we have studied the interaction between trapped ions and quantized fields in the so-called cavity quantum electrodynamics with trapped ions. In this context, we began with a proposal to generate mesoscopic superpositions in the motion of the ion. Since these superpositions are extremely sensitive to decoherence, we have included cavity losses in order to make the situation slightly more realistic. We showed that the observation of quantum jumps, or photon detection outside the cavity, would generate quantum states with properties close to that generated in the ideal lossless case. In spite of the normally destructive effect of dissipation, we found a way to use it in our favor which turns out to be of great experimental importance due to always present mirror imperfections. We also showed how to mimic cross-Kerr nonlinearities in the cavity-ion system as a feasible alternative to the use of nonlinear crystals whose intensity of that non-linearity is too weak. This proposal opens up new possibilities for the use of trapped ions in non-demolition measurements and quantum computing. We finish our work in cavity electrodynamics with trapped ions with the study of the effect of the ionic motion on the dynamics of multiphotonic transitions. This is a more fundamental issue that is related to the understanding of matter-field interaction. In the last part of this thesis, we present results on the use of many-body systems for quantum information distribution. It was our goal to study more complex systems for the implementation of quantum protocols in large scale. In this sense, one could think of a chain of coupled harmonic oscillators as commonly found in condensed matter physics. Particularly, we dealt with the efficiency of entanglement transmission through the chain, trying to improve it. We ended up with a scheme which acts as a quantum data bus able to transport and distribute entanglement around quite efficiently / Doutorado / Física / Doutor em Ciências
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Simulação computacional da produção de emaranhamento em ponto quântico caótico não ideal para ensembles de Wigner-DysonSantos, Eduardo Henrique dos 31 July 2015 (has links)
Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / e recent advances in technology require an increasingly complex treatment from science. Devices
intensely miniaturized especially cannot be treated with classical physics only. e quantum
approach becomes essential when the size of the conductors reaches the order of the electron
characteristic lengths. Systems in this regime exhibit some important features, such as quantum
interference and quantization of some quantities, and are named mesoscopic systems. Entanglement
is a property with large technological applicability and can only be explained with the
quantum approach. e quantum dot is very useful as mesoscopic entangler of electrons. e
electron transport in a quantum dot can be described by the scattering matrix. e transmission
eigenvalues obtained from the scattering matrix provide some quantities related to the electron
transport, including the quanti er of entanglement. In this work we study statistically the entanglement
production in a chaotic quantum dot (CCD) with nonideal contacts. ese CCDs
are modeled as scattering centers attached to two wave guides having potential barriers and the
electron transport is described by random scattering matrices.We consider time reversal and spin
rotation symmetries for the cavities so that the scattering matrices belong to theWigner-Dyson
ensembles. e concurrence was used for quantifying entanglement and was also statistically
investigated. Similarly, we analyse the squared norm which is also dependent of the transmission
eigenvalues and represents the probability of the scatterings result in an entangled state.We de ne
the entanglement production factor for determining more precisely the e ciency of the entangler.
We used a third-party algorithm to generate the scattering matrices and then we found the transmission
eigenvalues for each matrix.We computed the averages of concurrence, squared norm
and entanglement production factor and generated some of their distribution curves varying the
opacities of the leads. / Os recentes avanços da tecnologia requisitam da ciência um tratamento cada vez mais complexo.
Os dispositivos com intensa miniaturização, em especial, já não podem ser estudados
utilizando-se somente a física clássica. A abordagem quântica se torna essencial quando os condutores
alcançam tamanhos da ordem dos comprimentos característicos dos elétrons que são
transportados. Sistemas neste regime apresentam algumas características importantes, como
interferência quântica e quantização de algumas grandezas, e são chamados mesoscópicos. O
emaranhamento é uma propriedade com grande aplicabilidade tecnológica e que só pode ser
explicada através do tratamento quântico. A função de onda de um sistema emaranhado não pode
ser decomposta em funções de ondas de cada constituinte. Um sistema mesoscópico que tem sido
bastante utilizado como emaranhador de elétrons é o ponto quântico. O tansporte de elétrons
em um ponto quântico pode ser caracterizado pela matriz de espalhamento. Os autovalores de
transmissão extraídos da matriz de espalhamento fornecem algumas quantidades relacionadas
ao transporte de elétrons, inclusive a quantificação do emaranhamento. Nesta dissertação estudamos
estatisticamente a produção de emaranhamento em um ponto quântico caótico (PQC)
com contatos não ideais. Esses PQCs são modelados por centros de espalhamento conectados
a guias de ondas com barreiras de potencial e o transporte de elétrons é descrito por matrizes
de espalhamento aleatórias. Consideramos para as cavidades dos PQCs as simetrias de reversão
temporal e invariância sob rotação de spin, sendo suasmatrizes de espalhamento pertencentes aos
ensembles de Wigner-Dyson. A concorrência foi utilizada para quanti car o emaranhamento e o
estudamos estatisticamente. Analisamos damesma forma a norma quadrada, também dependente
dos autovalores de transmissão e que representa a probabilidade do sistema retornar um estado
final emaranhado. Definimos o fator de produção de emaranhamento para determinar de forma
mais precisa a eficiência do emaranhamento no PQC. Utilizamos um algoritmo para gerar as
matrizes de espalhamento e obter os autovalores de transmissão de cada matriz. Calculamos
as médias da concorrência, da norma quadrada e do fator de produção de emaranhamento e
também algumas distribuições dessas quantidades variando-se a opacidade dos guias de onda.
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