A projekt során különféle megőrzési transzformációk szerkezetének a meghatározásával foglalkoztunk elsősorban kvantumstruktúrákon. A tekintett struktúrák a következők voltak: a kvantumállapotok halmaza, az obszervábilisek tere, és az effektek halmaza. Az elért számos eredményből a fenti területekre vonatkozóan kiemelünk egy-egy fontosnak ítéltet: (1) Az állapotok terén meghatároztuk a relatív entrópiát (ami a kvantum-információelmélet alapvető fogalma) megőrző bijektív transzformációkat. (2) Az obszervábilisekkel kapcsolatban talán a legalapvetőbb reláció a kommutativitás, melyet a kvantummechanikában kompatibilitásnak neveznek. Egy dolgozatunkban leírtuk azon (nemlineáris) bijekciók szerkezetét, melyek mindkét irányban megőrzik ezt a relációt. (3) Meghatároztuk az effektek halmazának azon bijektív leképezéseit, melyek mindkét irányban megőrzik a spektrális rendezést. A témavezető 2005-ben megvédte akadémiai doktori értekezését, mely munkát a Springer Kiadó 2006 végén könyv formájában megjelentett. Az eltelt időszakban további 18 angol nyelvű dolgozatunk született, melyek rangos nemzetközi folyóiratokban jelentek meg illetve állnak megjelenés alatt. Az elért eredményekről több mint 20 nemzetközi konferencián illetve kül- és belföldi egyetem szemináriumán tartottunk előadást. | In this project we have dealt with structural problems concerning a number of preserver transformations defined mainly on quantum structures. These structures have been the following: the set of quantum states, the space of observables and the set of effects. From the many results that we have obtained, here we emphasize only the following ones (one important result concerning each of the structures mentioned above): (1) We described the bijective transformations on the set of all states which preserve the relative entropy (which is a fundamental notion in quantum information theory). (2) The probably most fundamental relation concerning observables is the commutativity (this is called comparability in quantum mechanics). We described the structure of those bijective (nonlinear) maps which preserve this relation in both directions. (3) We determined those bijective transformations on the set of Hilbert space effects which preserve the spectral order in both directions. In 2005 the project leader defended his thesis for the DSc degree of the Hungarian Academy of Sciences which work was published in book form by Springer Verlag in 2006. We wrote additional 18 research papers which were published or are to appear in respected international journals. We gave more than 20 lectures on the obtained results at international conferences and seminars of universities in Hungary and abroad.
A projekt során különféle megőrzési transzformációk szerkezetének a meghatározásával foglalkoztunk elsősorban kvantumstruktúrákon. A tekintett struktúrák a következők voltak: a kvantumállapotok halmaza, az obszervábilisek tere, és az effektek halmaza. Az elért számos eredményből a fenti területekre vonatkozóan kiemelünk egy-egy fontosnak ítéltet: (1) Az állapotok terén meghatároztuk a relatív entrópiát (ami a kvantum-információelmélet alapvető fogalma) megőrző bijektív transzformációkat. (2) Az obszervábilisekkel kapcsolatban talán a legalapvetőbb reláció a kommutativitás, melyet a kvantummechanikában kompatibilitásnak neveznek. Egy dolgozatunkban leírtuk azon (nemlineáris) bijekciók szerkezetét, melyek mindkét irányban megőrzik ezt a relációt. (3) Meghatároztuk az effektek halmazának azon bijektív leképezéseit, melyek mindkét irányban megőrzik a spektrális rendezést. A témavezető 2005-ben megvédte akadémiai doktori értekezését, mely munkát a Springer Kiadó 2006 végén könyv formájában megjelentett. Az eltelt időszakban további 18 angol nyelvű dolgozatunk született, melyek rangos nemzetközi folyóiratokban jelentek meg illetve állnak megjelenés alatt. Az elért eredményekről több mint 20 nemzetközi konferencián illetve kül- és belföldi egyetem szemináriumán tartottunk előadást. | In this project we have dealt with structural problems concerning a number of preserver transformations defined mainly on quantum structures. These structures have been the following: the set of quantum states, the space of observables and the set of effects. From the many results that we have obtained, here we emphasize only the following ones (one important result concerning each of the structures mentioned above): (1) We described the bijective transformations on the set of all states which preserve the relative entropy (which is a fundamental notion in quantum information theory). (2) The probably most fundamental relation concerning observables is the commutativity (this is called comparability in quantum mechanics). We described the structure of those bijective (nonlinear) maps which preserve this relation in both directions. (3) We determined those bijective transformations on the set of Hilbert space effects which preserve the spectral order in both directions. In 2005 the project leader defended his thesis for the DSc degree of the Hungarian Academy of Sciences which work was published in book form by Springer Verlag in 2006. We wrote additional 18 research papers which were published or are to appear in respected international journals. We gave more than 20 lectures on the obtained results at international conferences and seminars of universities in Hungary and abroad.
A disszertáció különböző matematikai struktúrákon értelmezett megőrzési problémákat, valamint szeparációs tételeket tartalmaz. Az első fejezetben azon transzformációk szerkezete kerül leírásra, melyek invariánsan hagynak egy, a kvantum-információelméletben fontos szerepet játszó mennyiséget. Nevezetesen, a sűrűségoperátorokon értelmezett azon transzformációk szerkezete kerül leírásra, melyek egy adott, szigorúan konvex f függvény esetén invariánsan hagyják az ún. kvantum f-divergenciát. Jól ismert tény, hogy speciális f függvény választásával a kvantum f-divergencia definíciója az Umegaki relatív entrópia fogalmához vezet. A második fejezetben leírásra kerültek azon szürjektív transzformációk, melyek a pozitív definit mátrixok terén vannak értelmezve és megőriznek egy adott, unitér-invariáns normával illetve bizonyos feltételeknek eleget tevő folytonos valós függvénnyel paraméterezett, úgynevezett általánosított távolság mértéket. A harmadik fejezet az általánosított eloszlásfüggvények tere Kolmogorov-Smirnov izometriáinak alakjáról szól. A negyedik és ötödik fejezet szeparációs problémákat tartalmaz. Egy jól ismert szeparációs tétel szerint, ha egy konvex függvény egy konkáv “felett” helyezkedik el, akkor létezik a kettő között egy affin függvény. Sőt, két tetszőleges függvény esetén adható az affin szeparáció jellemzésére egy szükséges és elégséges feltétel. A negyedik fejezetben a fenti tétel általánosítása szerepel. Nevezetesen, azon valós függvény párokat jellemzése, melyek egy n-ed rendű konvex Beckenbach család tagjával szeparálhatóak. Az utolsó fejezet fő eredménye Baron, Matkowski és Nikodem valós függvénypárok konvex függvénnyel való szeparációjáról szóló tételét általánosítja. Karakterizálja azon valós függvénypárokat, amelyek egy kétdimenziós Csebisev rendszer valamely elemével szétválaszthatóak.
Kiterjesztettük a stimulált Raman adiabatikus átmenetet egy háromszintű, degenerált energianívójú atomra. Eljárásunkkal a teljes Hilbert-teret le lehet fedni a gerjesztő impulzusok paramétereinek változtatásával. Általánosítottuk a Pólya-féle számot kvantumos bolyongásokra. A hiperkockán történő keresést optimalizáltuk és a kvantumoptikai megvalósításnál fellépő zajt elemeztük. Javasoltuk az 1D kvantumbolyongás megvalósítását félvezető struktúrákban. Összefonódáson alapuló kvantumkommunikációs sémákat találtunk diszkrét és folytonos változós kvantumállapotok minimális klasszikus kommunikáció árán való távoli előállítására. Összefonódottság detektálására dolgoztunk ki új módszereket. Feles spinű részecskékből álló sokrészecskés rendszerekre megadtuk a kollektív mennyiségek mérésén alapuló összefonódottsági kritériumok teljes halmazát. Kis számú, egyenként is elérhető spinre is megadtunk optimális kritériumokat. Semleges atomok kontrollált mozgatására dolgoztunk ki új hűtési eljárásokat, amelyekben a távolra hangolt lézerterek nem befolyásolják a kvantuminformációt hordozó hiperfinom állapotok dinamikáját. Számos új, az ilyen atomok közötti sugárzási kölcsönhatás következtében megjelenő kollektív jelenséget találtunk. Az ismert numerikus módszereknél hatékonyabb eljárást fejlesztettünk ki nyílt rendszerek időfejlesztő operátorának kiszámítására, és alkalmaztuk egy üregbe zárt atomokkal megvalósított kontroll-nem kapu fidelitásának meghatározására. | We extended the stimulated Raman adiabatic passage method to a degenerate three-level atom. Our scheme covers the full target Hilbert space by varying the exciting laser pulse parameters. We generalized the Pólya number for quantum walks. We optimized the search algorithm on a hypercube and analyzed the effect of noise in a quantum optical setting. We proposed the implementation of the 1D quantum walk in semiconductor structures. We found entanglement based quantum communication schemes that enable the remote preparation of a family of discrete and continuous variable quantum states at minimal classical communication cost. We developed new methods for detecting quantum entanglement. In systems with very many particles, where only collective quantities can be measured, we determined the full set of entanglement conditions for the case of spin-half particles. We also gave optimal criteria for a system of few, individually addressable spins. We developed new cooling schemes for the manipulation of motion of neutral atoms with far detuned laser fields, in which the hyperfine states carrying quantum bit information are not influenced. We considered various effects due to radiative atom-atom interaction in far detuned laser fields. We developed a procedure more efficient than other known numeric methods for calculating the time-evolution operator in open systems. We applied it for calculating the fidelity of a CNOT gate realized by atoms in a cavity.
Eredményeim egyrészt megoldható kvantummechanikai potenciálfeladatok és azok szimmetriáinak vizsgálatával kapcsolatosak, másrészt pedig e módszertani eredmények konkrét atommagfizikai rendszerekre történő alkalmazását valósították meg. Az előbbi területen zárt alakban megadtam több egzaktul megoldható PT-szimmetrikus potenciál állapotainak pszeudo-normáját (ami a PT-szimmetrikus potenciálok hermitikus megfelelőinek előállítása szempontjából kulcsfontosságú), kiterjesztettem az egzaktul megoldható PT-szimmetrikus potenciálokat 2 és 3 térbeli dimenzióra és társszerzőimmel megnyugtatóan rendeztük a Coulomb-probléma PT-szimmetrizálásának régóta húzódó kérdését. Emellett javasoltam egy olyan eljárást, amellyel helyfüggő effektív tömeg esetén is egzaktul megoldható potenciálfeladatok generálhatók úgy, hogy a tömeg mindenhol véges és pozitív. Az alkalmazások területén atommagok alakfázisai közötti fázisátmenetek egzakt leírását adtam a hatodfokú oszcillátornak a Bohr-féle Hamilton-operátorban történö felhasználásával. Zárt alakban felírtam a fázisátmenet szempontjából lényeges állapotok hullámfüggvényét, energia-sajátértékeit és az állapotok közötti elektromágneses átmeneti valószínűségeket. A módszert alkalmaztam az E(5) kritikusponti szimmetriára jó példát mutató Ru, Pd és Cd izotópokra. Szintén tárgyaltam egy olyan szuperszimmetria-sémát, amelybe szomszédos könnyű atommagok alfa-klaszter állapotai sorolhatók. | My results concern the study of exactly solvable quantum mechanical potentials and their symmetries, as well as the application of these methodical results to nuclear physical systems. In the former field I presented in closed form the pseudo-norm for the states of several PT-symmetric potentials (a result essential in generating the Hermitian equivalents of PT-symmetric potentials), I extended exactly solvable PT-symmetric potentials to 2 and 3 spatial dimensions, and together with my co-authors settled the long lasting problem of the PT-symmetrization of the Coulomb problem. Besides these, I proposed a method by which exact solutions of position-dependent effective-mass problems can be generated such that the mass remains finite and positive everywhere. Concerning applications, I presented exact description of phase transitions between different nuclear shape phases by applying the sextic oscillator in the Bohr Hamiltonian. I gave closed expressions for the wavefunctions and energy eigenvalues of states essential from the point of view of the phase transition and also calculated electromagnetic transition probablilities between them. I applied the method to Ru, Pd and Cd isotopes that are considered to be good examples for the E(5) critical point symmetry. I also discussed a supersymmetry scheme that contains alpha cluster states of neighbouring light nuclei.
Egy olyan kvantuminformatikai protokollt vizsgálunk, amely egy összefonó unitér kapu, majd mérés és a mérés eredményén alapuló szelekció homogén kezdőállapotú qubit-sokaságon történő ismételt alkalmazásán alapul [1].Az így létrejövő folyamat megfeleltethető egy komplex polinomok hányadosaként előálló komplex függvény iterált dinamikájának, ha a qubitet egy komplex számmal reprezentáljuk, ezért bizonyos kezdőfeltételek esetén kaotikus viselkedésre vezet [2].Az ilyen nemlineáris folyamatoknak számos kvantuminformatikai alkalmazása lehet, mint például a kvantumállapotok tisztítása [3] vagy a kvantumállapot-megkülönböztetés [4,5,6].Egy másik, érzékenységükön alapuló gyakorlati felhasználásuk lehet a kvantum-áramkörök, kvantum-chipek tesztelése, a fellépő zaj és hibaforrások feltérképezése.Az általunk tekintett sémában a homogén kezdőállapotú qubit-sokaságból (amelyben a qubitek ugyanolyan állapotúak és egymástól függetlenek) hármasával veszünk elemeket, amelyeket egy unitér művelettel összefonunk, majd a háromból két qubitet megmérünk.Ha a megmért qubiteket a kívánt állapotban találjuk, akkor a harmadik qubitet megtartjuk és rajta még egy további transzformációt végzünk (ellenkező esetben eldobjuk a harmadik qubitet is).A folyamatot az ilyen módon transzformált qubitekből képezett hármasokon tovább ismételjük, azaz iteráljuk.Feltesszük tehát, hogy kezdetben van három független qubitünk, mindegyik ugyanabban a |ψ 0 = N z (|0 + z|1 ) kezdeti állapotban, ahol z ∈ Ĉ = C ∪ ∞.Ekkor a teljes rendszer állapota:
A szakdolgozat során az olvasó részletes ismeretekre tesz szert a newtoni fizika, valamint a kvantumfizika megértéséhez szükséges alapfogalmakhoz. Továbbá olyan napjainkban is használt titkosítási módszereket is megismer, mint az AES, az RSA és az elliptikus görbe kriptográfia. Ezeknek a részletes elemzésével betekintést nyer a rejtelmeibe, továbbá a sebezhetőségeire is rávilágít, mivel a kvantumszámítógépek megjelenésével ezek a titkosítási módszerek védtelenné válnak. Emellett még a kvantum-Fourier transzformáció is ismertetésre kerül, ami a kvantumszámítógépen futó Shor algoritmusának az alapja. Ezen felül egy táblázat is megjelenítést nyer, amelyben a manapság használt és a poszt-kvantum algoritmusok vannak összehasonlítva különböző szempontok szerint. Végül egy Qiskit demó program kerül prezentálásra, amivel megismerhetjük a kvantumszámítógépen futó programok mikéntjét.
Félig eszközfüggetlen keretrendszert használva szeretnénk három qubitból álló konfigurációk aszimmetriáját hitelesíteni lineáris tanú használatával egy preparálás-és-mérés elrendezésben. Ehhez aszimmetrikus konfiguráció öntesztelésére megalkotott tanút tekintünk, és vizsgáljuk, hogy a szóban forgó konfigurációval kiértékelve meghaladja-e az értéke azt a maximális tanúértéket, amit szimmetrikus konfigurációval el lehet érni. A kettő különbsége definiálja a gap-et. Miután azt találtuk, hogy a gap legnagyobb értékei egy síkra eső konfigurációk esetében adódik, ábrázoljuk ezen a síkon a gapet. Ezt követően analitikusan bizonyítjuk a zérusvonalak létezését és az optimumok ekvivalenciáját. Bár nagyobb tanúértékbeli különbségek elméletben egyszerűbbé tehetik az aszimmetria hitelesítését, a gap nem lesz jó univerzális mérőszáma az aszimmetriának, mivel értéke függ a tanúfüggvény megalkotásának módjától, és a háromszög méretétől.