CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O presente trabalho à divido em duas partes. Na primeira, a utilizaÃÃo do interferÃmetro de Sagnac em informaÃÃo quÃntica à analisada atravÃs da aplicaÃÃo do mesmo em trÃs problemas: MediÃÃo livre de interaÃÃo, distribuiÃÃo quÃntica de chaves e compartilhamento de segredo. Para a mediÃÃo livre de interaÃÃo, dois sistemas usando o Sagnac foram propostos. Considerando detectores ideais e ausÃncia de perdas, um deles apresenta probabilidade de sucesso de 25% por fÃton consumido, enquanto que o segundo apresenta probabilidade de determinar corretamente a presenÃa do objeto prÃxima a 100% por fÃton consumido. Para a distribuiÃÃo quÃntica de chaves foi proposta uma configuraÃÃo diferente das existentes, sendo a principal diferenÃa a ausÃncia de retorno do pulso enviado, como ocorre nos sistemas com Sagnac anteriormente propostos. Isto evita ataques do tipo Cavalo de TrÃia. Por fim, foi proposta uma configuraÃÃo Ãptica que permite que um segredo compartilhado por cinco pessoas, localmente distantes, seja usado apenas quando todos os cinco concordarem. A segunda parte da dissertaÃÃo apresenta um estudo analÃtico e numÃrico da variaÃÃo do entrelaÃamento de estados bipartites de qubits quando da propagaÃÃo dos mesmos em canais quÃnticos ruidosos. Em particular, foi encontrada uma fÃrmula exata que relaciona os entrelaÃamentos dos estados na entrada e saÃda do canal, quando o estado na entrada à puro e o canal à modelado pela interaÃÃo do estado bipartite (sinal) com um qubit (estado do canal) atravÃs de uma operaÃÃo unitÃria canÃnica. / This work is divided into two parts. In the first one, the use of the Sagnac interferometer in quantum information is analyzed applying it in three problems: interaction-free measurement, quantum key distribution, and secret sharing. For the interaction-free measurement two systems using Sagnac interferometer were proposed. Considering ideal detectors and loss less devices, one of them has a success probability of 25% for each photon used while the other presents the probability of getting success to detect the presence of the object close to 100% for each photon used. For quantum key distribution, it was proposed a different setup, where the main difference is that the pulse sent by the transmitter does not come back to him/her as happen with the systems based on Sagnac proposed before. This avoids the Trojan horse attack. Finally, it was proposed an optical configuration where it is possible to share a secret among five users, locally distant, that could be used only when all five persons agreed. The second part of this dissertation presents an analytical and numerical study of the entanglement variation of bipartite states of qubits during propagation in a quantum noisy channel. Particularly, it was found an exactly formula which relates the entanglement of states in the input and output of the channel, when the input state is pure and the channel is modeled by a canonical unitary operation.

The present thesis can be divided in three parts: 1) Quantum gate teleportation; 2) Numerical search of universal entanglers; 3) Connections between quantum information and number theory. Regarding the quantum gate teleportation, a separability criterion of normal matrices is used to find the analytical conditions of the preservation of separability under conjugation. That analytical condition allowed to find the general formula of an element of $mathbb{C}^{4}$ Clifford group, as well to understand the role of the basis of measurement in the quantum gate teleportation protocol. Considering the searching for universal entanglers, the same separability criterion of normal matrices was used as fitness function in a computational heuristics, in prder to find good candidates for universal entanglers in $mathbb{C}^{3} otimes mathbb{C}^{4}$ and $mathbb{C}^{4} otimes mathbb{C}^{4}$ Hilbert spaces. At last, in the connection of quantum information with the number theory, it is presented the study of the preparation and entanglement of several multi-qubit quantum states based in integer sequences, and the Riemannian quantum circuit, a quantum circuit whose eigenvalues are related to the zeros of the Riemann zeta function. The existence of such circuit proves that is always possible to construct a physical system related to a finite amount of zeros. / A presente tese està dividida em trÃs partes: 1) TeleportaÃÃo de portas quÃnticas; 2) Busca numÃrica por entrelaÃadores universais; 3) ConexÃes entre a informaÃÃo quÃntica e a teoria dos nÃmeros. No que diz a teleportaÃÃo de portas quÃnticas, um critÃrio de separabilidade para matrizes normais à usada para encontrar as condiÃÃes analÃticas da preservaÃÃo da separabilidade sob conjugaÃÃo. Tais condiÃÃes analÃticas permitiram encontrar a forma geral de um elemento do grupo de Clifford em $mathbb{C}^{4}$, assim como tambÃm entender o papel da base de mediÃÃo no protocolo de teleportaÃÃo de portas quÃnticas. Considerando a busca por entrelaÃadores universais, o mesmo critÃrio de separabilidade de matrizes normais foi utilizado como funÃÃo de aptidÃo em uma heurÃstica computacional aplicada para encontrar bons candidatos a entrelaÃadores universais nos espaÃos de Hilbert de dimensÃes $mathbb{C}^{3} otimes mathbb{C}^{4}$ e $mathbb{C}^{4} otimes mathbb{C}^{4}$. Por fim, sobre as conexÃes da informaÃÃo quÃntica com a teoria dos nÃmeros, à apresentado um estudo da preparaÃÃo e entrelaÃamento de vÃrios estados quÃnticos de mÃltiplos qubits baseados em sequÃncias de nÃmeros inteiros. Apresenta-se ainda o circuito quÃntico Riemanniano, um circuito quÃntico cujos autovalores sÃo relacionados aos zeros da funÃÃo Zeta de Riemann. A existÃncia deste circuito prova que à sempre possÃvel construir um sistema fÃsico relacionado a uma quantidade finita de zeros.