Sistemas quânticos cuja dinâmica é não-unitária e que evoluem adiabaticamente apresentam características únicas com aplicações no campo da computação quântica. Estudamos nessa dissertação o formalismo de sistemas quânticos abertos, a teoria de semigrupos dinâmicos e os chamados operadores de Lindblad. Enunciamos e provamos o teorema adiabático na formulação de T. Kato a fim de entender a idéia e o formalismo por trás de regimes adiabáticos. Utilizamos essas ferramentas para descrever o problema de otimização de trajetórias adiabáticas em sistemas quânticos dissipativos (cuja dinâmica é dada por uma classe de operadores de Lindblad) e, seguindo as indicações de Avron et al. [8], obtemos as condições para que essa otimização seja única e aplicamos esse resultado em algoritmos quânticos de busca. / Quantum systems whose dynamics is non-unitary and develop adiabatically exhibit unique characteristics with applications in the field of quantum computing. We study in this dissertation formalism of open quantum systems, the theory of dynamical semigroups and called Lindblad operators. We state and prove the adiabatic theorem in Kato T. formulation in order to understand the idea and the formalism behind adiabatic regimes. We use these tools to describe the adiabatic trajectory optimization problem in dissipative quantum systems (whose dynamics is given by a Lindblad operator class) and following the advice of Avron et al. [8], we obtain the conditions for this optimization is unique and apply this result in search of quantum algorithms.

Estudamos o emaranhamento quântico de estados puros emaranhados tri-partidos quando uma das partes é um qubit. Apresentamos um método para encontrar as decomposições do estado tri-partido mais simples do que sucessivas decomposições de Schmidt. Esse método permite encontrar uma grande quantidade de diferentes famílias de estados emaranhados tri-partidos. Essas famílias são classificadas de acordo com dimensão dos blocos de Jordan de uma matriz obtida do estado emaranhado. Além disso, também demonstramos que estados pertencentes a famílias distintas não podem ser convertidos um no outro por operações locais estocásticas com comunicação clássica (SLOCC). No caso de dois estados pertencentes à mesma família, obtemos condições necessárias e su cientes para sabermos se estes podem ser convertidos um no outro por SLOCC. No caso de serão, também podemos obter a operação do tipo SLOCC que realiza a conversão. / We study the quantum entanglement of tripartite pure states when one of the parties is a qubit. We present a method to find the decompositions of tripartite entangled states which are simpler than two successive Schmidt decompositions. We will find many distinct families of entangled states with distinct decompositions. These families are classified according to the dimensions of the Jordan blocks of a matrix obtained from the entangled state. Furthermore, we show that states belonging to distinct families can not be converted into each other by stochastic local operations and classical communication (SLOCC). In case of two states belonging to the same family, we nd necessary and su?cient conditions to convert one state to the other. We can also find the SLOCC which realizes this conversion.

Orientador: Carlos Ourivio Escobar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T17:22:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rigolin_GustavoGarcia_D.pdf: 2659522 bytes, checksum: 04f0cc5c9d3d83caae7857516ee7a413 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nesta tese estudamos em detalhes uma das características da Mecânica Quântica que mais destoa de nosso senso comum: o Emaranhamento Quântico. Apresentamos uma revisão dos principais resultados obtidos no entendimento do emaranhamento, em especial do emaranhamento bipartite. Definimos formalmente o que é um estado quântico emaranhado e, em seguida, apresentamos maneiras de qualificar e quantificar este emaranhamento. Mostramos uma nova maneira de se discernir entre estados emaranhados e não emaranhados agindo apenas localmente em um dos constituintes do sistema. Apresentamos dois limitantes inferiores que nos permitem estimar o grau de emaranhamento de qualquer estado Gaussiano de dois modos. A partir de uma generalização do protocolo de teletransporte de um q bit para N q bits, criamos uma medida de emaranhamento para sistemas multipartites que possui fácil interpretação física. Estudamos também as implicações do emaranhamento na dedução das relações de incerteza de Heisenberg para sistemas de partículas idênticas. Investigamos uma possível relação entre caos e emaranhamento bipartite, onde obtemos um decréscimo no emaranhamento conforme o sistema se torna mais caótico. Finalizamos essa tese apresentando um estudo sobre o comportamento do emaranhamento a temperaturas finitas, em especial para um sistema de dois qbits descritos pela Hamiltoniana de Heisenberg xYZ / Abstract: In this dissertation we study in details one of the most astonishing features of Quantum Mechanics which totally departs from our common sense: Quantum Entanglement. We review most of what is known in the study of entanglement, specially bipartite entanglement. We formally define entanglement and, whereupon, present how to qualify and quantify entangled states. We show a novel way to distinguish between entangled and non-entangled states acting locally onto one of the constituents of the system. Then, we present two lower bounds for the entanglement of formation for arbitrary two-mode Gaussian states. Generalizing the teleportation protocol to N qubits, we create a multipartite measure of entanglement which has a simple physical interpretation and is easily computed from the state describing the system. We also study the implications of entanglement in deducing uncertainty relations for identical particles. In addition to this, we investigate the influence of chaos on the degree of bipartite entanglement in spin chains. We show that chaos decreases entanglement. We end this dissertation presenting a study about the behavior of entanglement at finite temperatures, focusing at two qubits interacting via the Heisenberg xYZ Hamiltonian / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação, apresentamos resultados da análise de um gás de elétrons bidimensional, confinado em um poço quântico parabólico de Ga_(1-x)Al_(x)As com campo magnético aplicado inclinado e intenso. Mostramos uma solução analítica exata para o caso de um gás de elétrons não interagente e provamos que o fator de Landé efetivo g*, que neste caso varia com a posição devido à própria variação da concentração de Al na liga GaAlAs, também contribui com um termo parabólico nas frequências normais, tornando-as dependente do spin. O termo normal do splitting Zeeman aparece, no entanto, com um fator g dado por aquele do GaAs. Indo além desse tratamento, incluímos um campo elétrico externo, aplicado paralelamente a direção de crescimento, de modo a modular a distribuição de cargas dentro do poço, e com isso controlar externamente os efeitos dos cruzamentos dos níveis. Calculamos numericamente os níveis de energia no poço parabólico quântico, variando o campo magnético aplicado e a inclinação do campo.

Orientador: Gustavo Michel Mendoza La Torre / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2012

Orientador: Adalberto Fazzio. / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2012

Orientador: Luciano Soares da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2013

Orientador: Prof. Dr. Gustavo Michel Mendoza La Torre / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2013.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-22T17:03:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InvestigacaoTransicaoIsolante.pdf: 1507266 bytes, checksum: a7658fb68a7537b9da5c535cf5297e02 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-06-17T13:19:08Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InvestigacaoTransicaoIsolante.pdf: 1507266 bytes, checksum: a7658fb68a7537b9da5c535cf5297e02 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-17T13:19:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InvestigacaoTransicaoIsolante.pdf: 1507266 bytes, checksum: a7658fb68a7537b9da5c535cf5297e02 (MD5) Previous issue date: 2007 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos neste trabalho um estudo teórico sobre polímeros orgânicos conjugados. É conhecido que estes sistemas, em geral semicondutores ou isolantes, sob dopagem química podem vir a adquirir propriedades elétricas de material condutor. E ainda, sob ação de campo elétrico, pequenos oligômeros podem apresentar comportamento equivalente ao de dispositivos usuais, mas com inúmeras vantagens como, por exemplo, tamanho extremamente reduzido (alguns nanômetros). Dessa forma no primeiro capítulo faremos uma breve introdução sobre polímeros orgânicos conjugados mostrando alguns resultados experimentais obtidos para o polímero 4-dicianometileno-4,4-ciclopenta [2,1-b: 3,4b’] ditiofeno – CDM, que é o objeto central de estudo desta dissertação. O capítulo 2 trata dos métodos quânticos utilizados. Citaremos a Teoria de Hartre-Fock (HF) e suas derivações semi-empíricas. A técnica de Interação de configuração (CI) e a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) também serão tratadas neste capítulo. O capítulo 3 é dedicado a descrever as características de alguns dispositivos usuais como diodos e transistores. Aqui o fundamental é entender a composição, o funcionamento e principalmente, como se comportam suas curvas características corrente versus voltagem (IxV). Citaremos ainda alguns dispositivos eletrônicos extremamente pequenos. No capítulo 4 começa nossos resultados e discussões referentes a análise da transição isolante-metal em CDM sob ação de dopagem. Primeiramente a nível semiempírico, obtivemos a caracterização ótica de oligômeros de CDM neutro e na presença de defeitos conformacionais do tipo bipólarons negativo e positivo. Partindo de geometrias otimizadas via métodos AM1 e PM3 obtivemos o espectro de absorção para sistemas com e sem carga. A nível Hartree-Fock calculamos a Estrutura de Bandas e a Densidade de Estados (DOS) para o PCDM no estado neutro e dopado. O cálculo da DOS e da Dispersão foram realizados através de programas computacionais desenvolvidos aqui no Grupo de Física de Materiais da Amazônia (GFMA). Apresentamos ainda neste capítulo o espectro de absorção teórico para oligômeros de CDM com diversas configurações com geometrias totalmente otimizadas pelo DFT. No capítulo 5 temos os resultados relativos à análise de nanodispositivos baseados em tetrâmeros de CDM com e sem carga. As curvas do deslocamento de carga versus voltagem apresentam características de curvas de dispositivos usuais. Analisamos também o espectro de absorção teórico dos nanodispositivos para valores de tensão nula e em pontos de saturação de corrente nas regiões direta e reversa. / We present in this work a theoretical study on conjugated organic polymers. These systems, in general semiconductors or insulators, when doped, show an increase in electrical conductivity. Under action of electric field, small oligomers can present a similar behavior to of usual devices, but with innumerable advantages as, for example, size extremely reduced (some nanometers). In the first chapter we will make a brief introduction on organic polymers conjugated showing some experimental results for 4-dicianometileno-4,4-ciclopenta polymer [2,1-b: 3,4b'] ditiofeno - CDM, that is the central object of study. Chapter 2 deals with the used quantum methods. We will cite the Hartre-Fock (HF) approximation and its semiempirical derivations. The Configuration Interaction (CI) method and the Density Functional Theory (DFT) also will be treated in this chapter. Chapter 3 is dedicated to describe the characteristics of some usual devices as diodes and transistors. We will still cite some extremely small electronic devices. Chapter 4 describes our results and quarrels about the possibility the of the transistion insulator-metal in CDM when doped. We got the characterization optics of oligomers of CDM with null charge and in the presence of defects of the type bipolaron. From the Hartree-Fock level we calculate the Structure of Bands and the Density of States (DOS) for the PCDM in the neutral and doped state. The calculation of the DOS and the Dispersion had been carried through computational programs developed here in the Group GFMA. We still present in this chapter the theoretical absorption spectra for oligomers of CDM with geometry fully optimized by DFT. In chapter 5 we have the relative results to the analysis of nanodevice based on tetramers of CDM with and without charge. The curves of the charge displacement versus voltage present characteristics of curves of usual devices. We also analyze the theoretical absorption spectra of the nanodevice for values of null tension and in points of current saturation.

Em 1993, Bennett propôs um protocolo de teletransporte de um estado quântico por meio de dois canais de comunicação de natureza distinta: Um canal clássico, formado por duas vias clássicas de informação, e um canal quântico, formado por um par de sistemas entrelaçados. Após algumas implementações bem-sucedidas no domínio de variáveis discretas, em 1998 surge uma versão de variáveis contínuas do protocolo [1]. No mesmo ano, Furusawa et al. realizam o teletransporte quântico incondicional baseado em variáveis contínuas do campo [2]. Recentemente, o emaranhamento no domínio de variáveis contínuas entre feixes intensos de luz com diferentes cores foi medido [3, 4, 5]. Neste trabalho relatamos os avanços na implementação do protocolo de teletransporte entre campos intensos de cores distintas. Depois de alguns esforços, conseguimos construir um oscilador paramétrico óptico (OPO) que se apresentou como uma fonte razoável de feixes intensos emaranhados. Os equipamentos necessários para a execução do protocolo foram construídos e instalados. Seguiram-se vários testes para garantir o funcionamento combinado de todas as partes. Entre eles, a teleportação de um estado de vácuo não deslocado, onde obtivemos resultados promissores. Após ajustes de configuração e desenvolvimento de técnicas de análise de dados para fornecer a produção, detecção e análise de estados deslocados do campo, o protocolo foi executado com esse tipo de estados. Alcançamos uma fidelidade de 45% para um estado de entrada deslocado, enquanto que a fidelidade considerando apenas as variâncias chegou a 60%. Para comprovar sucesso de nosso protocolo de teletransporte quântico, estão previstas algumas otimizações e alterações na operação do OPO, através das quais esperamos superar em breve a marca de 50% de fidelidade, correspondente ao limite clássico. / In 1993, Bennett et al. [6] proposed a teleportation protocol of a quantum state by means of two communication channels of distinct natures: A classical channel, formed by two classical information pathways, and a quantum channel, formed by a pair of entangled systems. After some successful implementations in the discrete variables domain, in 1998 arises a continuous variables version of the teleportation protocol [1]. In the same year, Furusawa et al. accomplish the unconditional quantum teleportation based on continuous variables of the field. [2]. Recently, entanglement in the continuous variables domain between bright beams of light with different colors was measured [3, 4, 5]. In this work we report the advances on the teleportation protocol implementation between bright fields of distinct colors. After some struggle, we managed to build an Optical Parametric Oscillator (OPO) witch presented it self as a reasonable source of entangled bright beams. The setup required for the execution of the protocol was built and installed. This was followed by several tests to ensure the combined working of all parts. The teleportation of a nondisplaced vacuum state was one of the performed tests, on wich we achieved promising results. After setup adjustments and the developing of data analysis techniques to provide the production, detection and analysis of displaced states of the field, the protocol was run with this kind of states. We reached a fidelity of 45% for a displaced input state, while the fidelity considering only the variances was up to 60%. To prove the success of our quantum teleportation protocol, some optimizations and changes in the operation of the OPO are in plan, whereby we expect soon to surpass the 50% fidelity benchmark, corresponding to the classical limit.