A aplicação da Mecânica Quântica para o processamento de informação chamou a atenção para o problema da perda de características quânticas e, consequentemente, estimulou os estudos de tal fenômeno. Desde então, uma das maiores dificuldades neste campo é responder a pergunta: Como entender a interação entre sistema e ambiente? Em sistemas quânticos abertos tal interação é responsável pelo fenômeno da decoerência, que transforma um estado quântico inicialmente puro em uma mistura estatística de estados possíveis. Banhos térmicos são comumente utilizados para modelar a influência inevitável do ambiente e descrever matematicamente seus efeitos. Muitos estudos têm sido realizados no sentido de construir mecanismos que evitam a perda de informação para o ambiente, recuperando-se a potencialidade oferecida pelo mundo quântico. Assim, seria possível a utilização de um ruído estocástico para anular os efeitos do ruído térmico? Em outras palavras, queremos construir um ambiente artificial onde a ação do banho térmico é minimizada devido à presença de um campo estocástico. O objetivo deste trabalho é investigar a influência da injeção de um ruído estocástico colorido na dinâmica de um oscilador harmônico em contato com um banho térmico, quando o sistema de interesse é preparado em um estado coerente. Nós faremos isso através de uma equação mestra quântica, abordando-a com o auxílio da representação P de Glauber-Sudarshan. Será sugerido que a recoerência causada pelo ruído estocástico colorido é uma assinatura da não-Markovianidade. / The application of Quantum Mechanics to information processing called attention to the problem of losing quantum characteristics and, consequently, stimulated the studies of such phenomenon. Since then, one of the biggest difficulties in this field is to answer the question: How can the interaction between system and environment be understood? In open quantum systems such interaction is responsible for the decoherence phenomenon, which turns a quantum pure initial states into a statistical mixture of possible states. Thermal environments are commonly used to model the unavoidable influence of the environment and to mathematically describe its effects. Many studies have been done in order to build a mechanism that avoids the loss of information to the environment, recovering the potentiality offered by the quantum world. Thus, would be possible to use a stochastic noise to cancel the thermal noise effects? In other words, we want to build an artificial environment where the action of the thermal bath is minimized due to the presence of a stochastic field. The purpose of this work is to investigate the influence of the injection of a colored stochastic noise in the dynamics of a harmonic oscillator in contact with a thermal bath, when the system of interest is initially prepared in a coherent state. We are going to do this through a Glauber-Sudarshan P-representation approach to a quantum master equation. It will be suggested that the recoherence caused by the colored stochastic noise is a signature of non-Markovianity.

A aplicação da Mecânica Quântica para o processamento de informação chamou a atenção para o problema da perda de características quânticas e, consequentemente, estimulou os estudos de tal fenômeno. Desde então, uma das maiores dificuldades neste campo é responder a pergunta: Como entender a interação entre sistema e ambiente? Em sistemas quânticos abertos tal interação é responsável pelo fenômeno da decoerência, que transforma um estado quântico inicialmente puro em uma mistura estatística de estados possíveis. Banhos térmicos são comumente utilizados para modelar a influência inevitável do ambiente e descrever matematicamente seus efeitos. Muitos estudos têm sido realizados no sentido de construir mecanismos que evitam a perda de informação para o ambiente, recuperando-se a potencialidade oferecida pelo mundo quântico. Assim, seria possível a utilização de um ruído estocástico para anular os efeitos do ruído térmico? Em outras palavras, queremos construir um ambiente artificial onde a ação do banho térmico é minimizada devido à presença de um campo estocástico. O objetivo deste trabalho é investigar a influência da injeção de um ruído estocástico colorido na dinâmica de um oscilador harmônico em contato com um banho térmico, quando o sistema de interesse é preparado em um estado coerente. Nós faremos isso através de uma equação mestra quântica, abordando-a com o auxílio da representação P de Glauber-Sudarshan. Será sugerido que a recoerência causada pelo ruído estocástico colorido é uma assinatura da não-Markovianidade. / The application of Quantum Mechanics to information processing called attention to the problem of losing quantum characteristics and, consequently, stimulated the studies of such phenomenon. Since then, one of the biggest difficulties in this field is to answer the question: How can the interaction between system and environment be understood? In open quantum systems such interaction is responsible for the decoherence phenomenon, which turns a quantum pure initial states into a statistical mixture of possible states. Thermal environments are commonly used to model the unavoidable influence of the environment and to mathematically describe its effects. Many studies have been done in order to build a mechanism that avoids the loss of information to the environment, recovering the potentiality offered by the quantum world. Thus, would be possible to use a stochastic noise to cancel the thermal noise effects? In other words, we want to build an artificial environment where the action of the thermal bath is minimized due to the presence of a stochastic field. The purpose of this work is to investigate the influence of the injection of a colored stochastic noise in the dynamics of a harmonic oscillator in contact with a thermal bath, when the system of interest is initially prepared in a coherent state. We are going to do this through a Glauber-Sudarshan P-representation approach to a quantum master equation. It will be suggested that the recoherence caused by the colored stochastic noise is a signature of non-Markovianity.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2851.pdf: 5105672 bytes, checksum: 2958cef30f5756dd1655364f76753c01 (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we treat firstly what we call the double Caldeira-Leggett model, which consists on the approach to the dynamics of two dissipative harmonic oscillators via Feynman-Vernon theory. We derived and solved the associated master equations in two different situations where i) each oscillator is coupled to its own reservoir and ii) both oscillators are coupled to the same reservoir. Finally we analyzed the decoherence process of entangled states prepared in both oscillators. Next, we treat the problem of quasi-perfect state transfer (QPST) in networks of dissipative harmonic oscillators. In this context, we have presented two different protocols for QPST: the first based in the detuning between the frequencies of the emitter and receiver oscillators regarding that of the transmitter oscillators and the second consisting in the use of what we call a decoherence quasi-free subspace (DQFS). To this end, we derived the regime of parameters enabling the emergence of DQFS. In both protocols we verified that QPST processes occur by means of a mechanism, similar to the tunneling effect, i. e., the excitations of the state to be transferred populate only virtually the transmission channel. Finally, regarding quantum open systems, we present the phenomenon that we call spontaneous recoherence of states. Through this phenomenon, we verified that the reservoir only shuffle the information of the system, instead of erasing it. The password to retrieve the original information consists of the knowledge of the initial state itself and its associated pure basis / Neste trabalho tratamos primeiramente o que denominamos modelo duplicado de Caldeira-Leggett, que consiste no tratamento da dinâmica de dois osciladores harmônicos quânticos dissipativos acoplados, via teoria de Feynman-Vernon. Obtivemos e resolvemos as equações mestras associadas em duas diferentes situações, nas quais i) cada oscilador encontra-se acoplado a seu próprio reservatório ou ii) ambos os osciladores acoplam-se ao mesmo reservatório. Por fim, analisamos o processo de decoerência de estados emaranhados preparados nos osciladores. Tratamos, em seguida, do problema da transferência quase-perfeita de estados (TQPE) em redes de osciladores quânticos dissipativos. Apresentamos, neste contexto, dois diferentes protocolos para a TQPE: o primeiro baseado na dessintonia entre as freqüências dos osciladores emissor e receptor com relação àquelas dos osciladores transmissores; o segundo baseado na utilização do que denominamos subespaços quase-livres de decoerência (SQLD). Verificamos que em ambos os protocolos apresentados, o processo de transferência de estados se dá por um mecanismo similar ao efeito túnel, de forma que a excitação do estado a ser transferido ocupa apenas virtualmente o canal de transmissão. Por fim, apresentamos o fenômeno que denominamos recoerência espontânea de estados. Através deste fenômeno, verificamos que o reservatório térmico não apaga a informação do sistema, isto é, seu estado inicial; ele apenas embaralha esta informação. A senha para a recuperação da informação original consiste no conhecimento do estado inicial do sistema e da base pura a ele associada.