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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Isabela Almeida Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Azevêdo, Eduardo Ribeiro de (Presidente)
Brito, Frederico Borges de
Carvalho Neto, João Teles de
Martinelli, Marcelo
Tormena, Cláudio Francisco
Título em português
Correlações quânticas de caráter geral em sistemas de ressonância magnética nuclear
Palavras-chave em português
Coerência quântica
Decoerência
Discórdia quântica
Ressonância magnética nuclear
Resumo em português
A existência de Correlações Quânticas de Caráter Geral (CQCGs) - discórdia e coerência quântica, baseadas em argumentos entrópicos e geométricos, tem sido extensamente investigada e caracterizada nas últimas décadas. Estudar o efeito dinâmico da decoerência sobre estas medidas é um ponto chave em teoria de informação quântica, já que fenômenos de mudança súbita (sudden-change) e congelamento (freezing) na dinâmica das CQCGs podem ser úteis na exploração destes recursos. Do ponto de vista experimental, spins nucleares se apresentam como excelentes candidatos para testar fenômenos relacionados às CQCGs, tendo em vista a sua fácil manipulação através do método de Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Além disso, neste contexto, os spin nucleares estão naturalmente sujeitos a ambientes bem caracterizados pelos canais de atenuação de fase (PD) e atenuação de amplitude generalizada (GAD). A proposta deste trabalho consiste em, a partir de uma revisão teórica dos desenvolvimentos na área de caracterização da decoerência das CQCGs, fornecer provas experimentais destas previsões empregando-se o método de RMN. O foco do trabalho se baseia em estados Bell diagonais (sistemas de 2 q-bits), ou, para casos mais gerais, em estados MN3 . Primeiramente, investigamos o fenômeno de duplo sudden-change em dois sistemas distintos de 2 q-bits, mas cada um sujeito ao efeito de um dos canais de atenuação: PD ou GAD. Estes sistemas permitiram a observação do aparecimento da base ponteiro quando o canal PD atua sobre o sistema. Em segundo lugar, as condições para o aparecimento do fenômeno de freezing são investigadas para sistemas contendo 2, 3 e 4 q-bits, todos associados à spins nucleares distintos e sujeitos a canais de PD independentes. O fenômeno de freezing foi observado nos casos de sistemas com número par de q-bits. Para medidas de dicórdia quântica, o freezing permanece constante por um período de tempo determinado pelas características do estado inicial, já para medidas de coerência, o freezing se mantém por tempo indeterminado. Todos estes resultados estão de acordo com as previsões teóricas encontradas na literatura. Com o objetivo de generalizar estes resultados, demonstramos ainda que estados Bell diagonais fornecem um limite inferior para a coerência presente em estados mais gerais.
Título em inglês
General quantum correlations in nuclear magnetic resonance systems
Palavras-chave em inglês
Decoherence
Nuclear magnetic resonance
Quantum coherence
Quantum discord
Resumo em inglês
Recently, the different formulations of General Quantum Correlations (GQCs) - quantum discord and quantum coherence, based on entropic and geometric arguments, have been extensively investigated and characterized. Following their behavior under decoherence is one of the remarkable points in quantum information theory, as the presence of surprisingly phenomena like sudden-change and freezing can be useful to exploit those resources. From the experimental side, nuclear spins appear as excellent candidates to test benching GQCs related phenomena, since they are easily manipulated by the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) method and, in this context, are naturally subject to well characterized environments equivalent to Phase Damping (PD) and Generalized Amplitude Damping (GAD) Channels. Our proposal here is, after an overview of theoretical developments in GQCs decoherence characterization, provide experimental proofs through NMR. All the characterization is made for Bell diagonal states (2 qubit systems), or, in more general cases, for MN3 states. First of all, the double sudden-change phenomenon is investigated in two different 2 qubit systems, each one affected by PD and GAD separately. This allowed the observation of the pointer basis emergence in the PD case, as theoretically predicted. Second, the freezing phenomenon appearence conditions are investigated in 2, 3 and 4 qubit systems, where heteronuclear molecules were employed as setup and independent PD channels act on. The freezing phenomenon is experimentally observed in systems with an even number of qubits. For discord-like measures, the freezing remains constant an amount of time determined by the initial state, however in the coherence-like case it endures forever. All those results agree with the theoretical predictions. To generalize those results, it was also proved that Bell diagonal states provide a lower bond of coherence to general states that are characterized for the same correlation triple.
 
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Data de Publicação
2017-10-19
 
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