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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.76.2009.tde-20032009-130438
Documento
Autor
Nome completo
Arthur Gustavo de Araujo Ferreira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2009
Orientador
Banca examinadora
Azevêdo, Eduardo Ribeiro de (Presidente)
Mizrahi, Salomon Sylvain
Sarthour Júnior, Roberto Silva
Título em português
Utilização de pulsos de radiofrequência fortemente modulados no processamento de informação quântica via ressonância magnética nuclear
Palavras-chave em português
Algoritmo Quântico
Informação Quântica
modulação de pulsos em RMN
Resumo em português
Nesta dissertação apresentamos um trabalho de desenvolvimento e utilização de pulsos de radiofreqüência modulados simultaneamente em freqüência, amplitude e fase (pulsos fortemente modulados, SMP, do inglês Strongly Modulated Pulses) para criar estados iniciais e executar operações unitárias que servem como blocos básicos para processamento da informação quântica utilizando Ressonância Magnética Nuclear (RMN). As implementações experimentais foram realizas em um sistema de 3 q-bits constituído por spins nucleares de Césio 133 (spin nuclear 7/2) em uma amostra de cristal líquido em fase nemática. Os pulsos SMP´s foram construídos teoricamente utilizando um programa especialmente desenvolvido para esse fim, sendo o mesmo baseado no processo de otimização numérica Simplex Nelder-Mead. Através deste programa, os pulsos SMP foram otimizados de modo a executarem as operações lógicas desejadas com durações consideravelmente menores que aquelas realizadas usando o procedimento usual de RMN, ou seja, seqüências de pulsos e evoluções livres. Isso tem a vantagem de reduzir os efeitos de descoerência decorrentes da relaxação do sistema. Os conceitos teóricos envolvidos na criação dos SMPs são apresentados e as principais dificuldades (experimentais e teóricas) que podem surgir devido ao uso desses procedimentos são discutidas. Como exemplos de aplicação, foram produzidos os estados pseudo-puros usados como estados iniciais de operações lógicas em RMN, bem como operações lógicas que foram posteriormente aplicadas aos mesmos. Utilizando os SMP's também foi possível realizar experimentalmente os algoritmos quânticos de Grover e Deutsch-Jozsa para 3 q-bits. A fidelidade das implementações experimentais foi determinadas utilizando as matrizes densidade experimentais obtidas utilizando um método de tomografia da matriz densidade previamente desenvolvido.
Título em inglês
Development of strongly modulated pulses for quantum information processing via Nuclear Magnetic Resonance
Palavras-chave em inglês
NMR Pulse modulation
Quantum algorithm
Quantum information
Resumo em inglês
This dissertation presents the development and use of radiofrequency pulses simultaneously modulated in frequency, amplitude and phase (Strongly Modulated Pulses, SMP) for creating initial states and executing logical operations used as building blocks for Quantum Information Processing via Nuclear Magnetic Resonance (NMR-QIP). The experimental implementations were carried out in a 3 qubits system accomplished by Cesium 133 nuclei (nuclear spin 7/2) in a nematic liquid crystal. The SMP pulses were theoretically constructed using a home made computer program, which is based in the Simplex Nelder-Mead optimization procedure. Using this program, the SMP were optimized to the desired quantum logical operation with shorter durations than those achieved with conventional sequence of pulses and free evolutions as used in most NMR applications. This has the advantage of reducing decoherence effects that may appear as a results of the system relaxation. The main theoretical concepts are discussed together with the main experimental difficulties found in the SMP optimizations and executions. As application examples, the pseudo-pure state used as input for NMR-QIP and a 3 qubit logical gate were obtained. Besides, using the SMP's, the Grover and Deutsch-Jozsa quantum algorithms were experimentally executed. The experimental performance of the implementations was evaluated by a fidelity parameter calculated from the output density matrix, which were obtained using a quantum state tomography method previously developed.
 
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arthur3.pdf (2.60 Mbytes)
Data de Publicação
2009-03-24
 
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  • ARAUJO-FERREIRA, A. G., et al. QUANTUM STATE TOMOGRAPHY AND QUANTUM LOGICAL OPERATIONS IN A THREE QUBITS NMR QUADRUPOLAR SYSTEM [doi:10.1142/S0219749912500165]. International Journal of Quantum Information [online], 2012, vol. 10, n. 2, p. 1250016.
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