Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)
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Item Expansão perturbativa para fenômenos a tempos curtos(2017-02-02) Silva, Ramisés Martins daFenômenos que ocorrem a tempos curtos em sistemas quânticos abertos são caracterizados por possuírem um tempo característico de uma ordem muito menor que o tempo de relaxação do sistema. Como exemplos podemos citar o efeito de decoerência, que em resumo tenta explicar como a natureza quântica de um sistema é perdida ao longo da interação com o ambiente e o fenômeno de superradiância, onde estuda-se como alguns sistemas emitem um pulso energético muito rápido gerando um pico de intensidade fino localizado muito antes da relaxação do sistema. O objetivo desse trabalho é não só estudar esses fenômenos mas como apresentar uma técnica alternativa para a quantificação das medidas associadas e de seus tempos característicos. A técnica apresentada se baseia em fazer uma expansão perturbativa no tempo para o operador densidade a partir de uma equação mestra quântica e com seu uso calcular grandezas físicas relevantes a fenômenos que ocorrem a tempos curtos. A simplicidade da técnica e seu uso abrangente são os principais fatores motivadores deste trabalho.Item Decoerência e recoerência na dinâmica de estados quânticos: influência da injeção de ruído estocástico(2014-04-29) Soares, Pedro Manoel Sardinha BicoA 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.Item Transferência e manipulação de informação quântica via tunelamento dissipativo não local(2013-08-26) Moraes Neto, Gentil Dias deNesta 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.Item Tratamento algébrico e computacionalmente eficiente para a interação entre sistema e meio ambiente(2012-10-23) Batalhão, Tiago BarbinRealizamos nesse trabalho um tratamento abrangente da interação entre um sistema quântico e o meio ambiente modelado como um conjunto de osciladores harmônicos. Partimos para isso de um tratamento prévio de redes de osciladores harmônicos quânticos dissipativos. Utilizando a função característica, transformamos a equação de von Neumann em uma equação diferencial, e explorando a sua linearidade, essa é transformada em uma equação vetorial, cuja resolução é computacionalmente eficiente. Nosso formalismo, que parte de uma rede de osciladores harmônicos, não necessariamente dividida entre sistema e meio ambiente, permite que se contorne a necessidade da hipótese de acoplamento súbito sistema-reservatório para o tratamento exato da evolução do sistema. Em seguida, mostramos que essa evolução pode ser sempre descrita por uma equação mestra na forma usual de Lindblad, embora os coeficientes que a definem possam ser dependentes do tempo. Isso abre novas possibilidades para a dinâmica do sistema, e leva a efeitos que podem ser classificados de não-Markovianos, embora sejam descritos por uma equação mestra completamente local no tempo. Ressaltamos que, por ser baseado em uma solução exata, o método pode ser aplicado para qualquer intensidade de acoplamento, e é consideravelmente mais simples do que outros métodos disponíveis para esse fim, como os baseados em integrais de trajetória. Por fim, utilizamos simulações computacionais para explorar a validade das aproximações de ondas girantes e de Born-Markov, e os fenômenos que podem ser observados nos regimes em que elas deixam de ser válidas.Item Estudo da decoerência e da dissipação quântica durante a evolução temporal de dois qubits ditadas por operações unitárias controladas(2008-04-10) Fanchini, Felipe FernandesNessa dissertação, abordamos o problema de dois qubits interagindo com campos externos e entre si controladamente, de acordo com um Hamiltoniano considerado realista para implementação da porta lógica quântica XOR. Introduzimos acoplamentos entre as observáveis do sistema de dois qubits e um banho de osciladores harmônicos a fim de tratarmos o problema da dissipação e da decoerência. Primeiramente nós consideramos o limite no qual a decoerência é mais rápida que qualquer processo gerado pelo Hamiltoniano do sistema. Prosseguimos então, através do método numérico conhecido como Integrador Unitário, com o estudo da matriz densidade do sistema durante a operação da porta lógica quântica sem incluir, inicialmente, o acoplamento com o banho de osciladores harmônicos. Finalmente, implementamos o método numérico conhecido como Propagador quase adiabático para estudar a decoerência e a dissipação durante a operação da porta lógica quântica XOR, a fim de analisarmos os aspectos perturbativos do sistema quântico de dois qubits.Item Estudo de portas lógicas quânticas de dois qubits definidas em um subespaço livre de decoerência para um sistema de quatro qubits acoplado ao resto do universo por um agente degenerado(2007-11-12) Mendonça, Paulo Eduardo Marques Furtado deNesta dissertação estudamos, no âmbito teórico, algumas propostas recentes de processamento de informação quântica passiva, isto é, descartando protocolos de correção de erros. Recorrendo à criação de subespaços livres de decoerência através de um sistema físico de quatro spins acoplados ao resto do universo por um agente degenerado, mostramos ser possível construir um conjunto universal de portas lógicas (C-NOT, T e Hadamard) neste mesmo subespaço, alcançando, por conseguinte, a realização de qualquer operação computacional, insensivelmente ao resto do universo. Partimos de um hamiltoniano geral com interações individuais de cada spin com campos externos, além de acoplamentos controlados entre pares de spins. Experimentalmente, hamiltonianos deste tipo são comuns no contexto de junções Josephson, motivo pelo qual tratamos esta implementação em um capítulo especial. Introduzindo perturbativamente ao hamiltoniano operadores espúrios ao subespaço livre de decoerência, incluímos sensibilidade do sistema frente ao ambiente, criando a possibilidade da incursão de erros através de mecanismos de dissipação. Tais mecanismos foram investigados em termos da intensidade do parâmetro de acoplamento entre o sistema e o ambiente, revelando uma clara evidência teórica do Efeito Zenão Quântico, através da excelente concordância entre resultados de operações realizadas em subespaços livres de decoerência e operações realizadas em sistemas fortemente acoplados ao resto do universo. Neste sentido, selecionamos a fidelidade como medida de distância entre um estado em evolução a partir de um certo estado inicial do subespaço livre de decoerência (e submetido a dissipação), e um estado em evolução regida pela mesma operação quântica e a partir das mesmas condições iniciais no caso ideal, livre de decoerência. Essa abordagem explícita permitiu-nos obter a razão necessária entre os parâmetros associados a perturbação (que remove o estado do subespaço original) e acoplamento (entendido como a freqüência entre as medidas promovidas pelo resto do universo), para alcançar a eficiência desejada na realização de uma certa porta lógica. Tecnicamente, o trabalho envolveu vários resultados matemáticos novos e operacionalmente úteis, levando a simplificações importantes durante os cálculos envolvidos.Item Teoria da medida em mecânica quântica e o hamiltoniano quadrático dependente do tempo(2007-05-28) Moussa, Miled Hassan YoussefNum primeiro momento, abordamos neste trabalho as correlações Eistein-Podolsky-Rosen quando simuladas no âmbito da teoria clássica da radiação. Pretendemos com isso investigar o fenômeno da polarização da luz em um e outro domínios da sua descrição. Continuando em teoria da medida, através de uma implementação no modelo de colapso da função de onda proposto por Zurek, onde se observa a reversibilidade da coerência de fase, apresentamos expressões para os tempos de decoerência e recorrência associados. Outro tópico considerado diz respeito ao hamiltoniano quadrático dependente do tempo. Procedendo-se a uma transformação unitária associada ao método dos invariantes desenvolvido por Lewis e Riesenfeld, solucionamos a equação de Schrödinger e apresentamos o operador de evolução. Uma análise dos estados \"squeezed\" da radiação é apresentada segundo trajetórias no espaço de fase. A consideração do método empregado, segundo algumas aproximações, possibilita a abordagem do processo de dissipação/flutuação junto ao hamiltoniano original, numa análise mais realista do que compreende um amplo espectro de modelos físicos, tais como o oscilador ou partícula carregada em presença de um campo eletromagnético não homogêneo e as armadilhas de Paul.