Nesta dissertação apresentamos um estudo dos mecanismos de decoerência de sistemas quânticos de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e os seus efeitos sobre a evolução temporal das medidas de correlação não-clássica. Para tal, apresentaremos inicialmente uma revisão bibliográfica sobre alguns dos diversos quantificadores de discórdia quântica, tais como discórdia entrópica, geométrica e negatividade do caráter quântico. Para descrever os canais de atenuação de fase e de amplitude generalizada, que descrevem a relaxação de sistemas de RMN, utilizamos o formalismo de operações quânticas, através da descrição dos operadores de Kraus. As implementações experimentais foram realizadas a partir de sistemas de 2 q-bits descritos por sistemas de RMN de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J e sistemas de spins 3/2 sujeitos ao acoplamento quadrupolar. Experimentalmente, observamos o surgimento do fenômeno de congelamento (freezing) da discórdia quântica para o sistema de 2 spins 1/2 e o fenômeno de duplo sudden-change em um sistema de spin 3/2. Além disso, propuzemos um método de medida direta para os elementos da matriz densidade de um sistema de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J, que permite obter toda a informação necessária para o cálculo dos quantificadores de discórdia sem que seja preciso reconstruir completamente a matriz densidade, ou seja, sem empregar o dispendioso método de tomografia de estado quântico (TEQ).
Nesta dissertação apresentamos um estudo dos mecanismos de decoerência de sistemas quânticos de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e os seus efeitos sobre a evolução temporal das medidas de correlação não-clássica. Para tal, apresentaremos inicialmente uma revisão bibliográfica sobre alguns dos diversos quantificadores de discórdia quântica, tais como discórdia entrópica, geométrica e negatividade do caráter quântico. Para descrever os canais de atenuação de fase e de amplitude generalizada, que descrevem a relaxação de sistemas de RMN, utilizamos o formalismo de operações quânticas, através da descrição dos operadores de Kraus. As implementações experimentais foram realizadas a partir de sistemas de 2 q-bits descritos por sistemas de RMN de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J e sistemas de spins 3/2 sujeitos ao acoplamento quadrupolar. Experimentalmente, observamos o surgimento do fenômeno de congelamento (freezing) da discórdia quântica para o sistema de 2 spins 1/2 e o fenômeno de duplo sudden-change em um sistema de spin 3/2. Além disso, propuzemos um método de medida direta para os elementos da matriz densidade de um sistema de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J, que permite obter toda a informação necessária para o cálculo dos quantificadores de discórdia sem que seja preciso reconstruir completamente a matriz densidade, ou seja, sem empregar o dispendioso método de tomografia de estado quântico (TEQ).
Nesta dissertação apresentamos um estudo dos mecanismos de decoerência de sistemas quânticos de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e os seus efeitos sobre a evolução temporal das medidas de correlação não-clássica. Para tal, apresentaremos inicialmente uma revisão bibliográfica sobre alguns dos diversos quantificadores de discórdia quântica, tais como discórdia entrópica, geométrica e negatividade do caráter quântico. Para descrever os canais de atenuação de fase e de amplitude generalizada, que descrevem a relaxação de sistemas de RMN, utilizamos o formalismo de operações quânticas, através da descrição dos operadores de Kraus. As implementações experimentais foram realizadas a partir de sistemas de 2 q-bits descritos por sistemas de RMN de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J e sistemas de spins 3/2 sujeitos ao acoplamento quadrupolar. Experimentalmente, observamos o surgimento do fenômeno de congelamento (freezing) da discórdia quântica para o sistema de 2 spins 1/2 e o fenômeno de duplo sudden-change em um sistema de spin 3/2. Além disso, propuzemos um método de medida direta para os elementos da matriz densidade de um sistema de 2 spins 1/2 acoplados via acoplamento J, que permite obter toda a informação necessária para o cálculo dos quantificadores de discórdia sem que seja preciso reconstruir completamente a matriz densidade, ou seja, sem empregar o dispendioso método de tomografia de estado quântico (TEQ).
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.
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.
Este trabalho consiste na análise de um método de reconstrução/tomografia de estado quântico em ressonância magnética nuclear utilizando pulsos de radiofreqüência não-seletivos, que possuem a propriedade de promover rotações globais do sistema de spins 7/2. Tal método foi aplicado para reconstruir estados relacionados à computação quântica. As operações lógicas e os estados iniciais envolvidos nas operações quânticas foram construídos através de pulsos modulados optimizados numericamente; o processo de optimização, em particular, não foi tratado nesse trabalho. Foram elaborados programas que simulam: a construção dos estados e portas lógicas utilizando os parâmetros dos pulsos modulados; a aplicação dos pulsos de tomografia e a geração dos dados necessários à reconstrução (amplitudes espectrais); construção de estados utilizando pulsos simples para testes das circunstâncias experimentais; o efeitos de possíveis problemas relacionados à amostra ou ao equipamento. Finalmente, foi elaborado um programa para reconstrução do estado a partir da leitura das amplitudes espectrais, que podem ser obtidas a partir dos programas relacionados no segundo item, ou experimentalmente. As implementações experimentais foram realizadas medindo sinais de RMN de núcleos de 133Cs, localizados em um cristal líquido, que, por possuírem spin 7/2, devido às interações Zeeman e quadrupolar elétrica, apresentam sete linhas espectrais distintas para transições entre níveis energéticos adjacentes; logo, é possível tratar esses núcleos como sistemas de 3 q-bits. Foram construídos estados pseudo-puros e aplicada uma das portas Toffoli. Além disso, uma discussão do algoritmo quântico de busca de Grover no contexto da Ressonância Magnética Nuclear é apresentada para uma futura implementação.
Nos últimos anos a Ressonância Magnética Nuclear(RMN) vem se apresentando como uma das principais técnicas que possibilitam a realização física de portas lógicas reversíveis e algoritmos quânticos. Do ponto de vista da computação quântica, um dos assuntos de maior relevância é a determinação completa da matriz densidade do sistema físico no qual a implementação experimental está sendo feita. Este método é chamado de tomografia de estados quânticos. Em sistemas de spins com I=1/2 acoplados, a tomografia da matriz densidade já é bem estabelecida. No caso de núcleos quadrupolares (I>1/2) este problema ainda está em aberto e um método geral e funcional ainda não foi proposto. Neste trabalho é apresentado um método de executar a tomografia em sistemas de núcleos quadrupolares com I=3/2. É demonstrado que aplicando um apropriado ciclo de fases dos pulsos de leitura do sinal de RMN, as intensidades das linhas dependem somente dos elementos da diagonal da matriz densidade do sistema, sendo possível determiná-los. Então são propostas seqüências de pulsos seletivos com diferentes fases que trazem elementos fora da diagonal para a diagonal, sendo possível determiná-los. Os experimentos foram feitos em uma amostra líquido-cristalina, onde o núcleo observado foi o 23Na, e os resultados experimentais são apresentados.
O objetivo principal da presente Tese é expor um método de Tomografia de Estado Quântico desenvolvido para ser aplicado em sistemas de núcleos quadrupolares isolados. O espaço de Hilbert de tais sistemas pode ser usado para processar a informação quântica de um sistema equivalente constituído por vários q-bits. O método proposto baseia-se na aplicação de pulsos de radiofrqüência não-seletivos que possuem a propriedade de promover rotações globais do estado quântico do sistema. Utilizando uma descrição analítica dessas rotações foi possível generalizar o método proposto para núcleos quadrupolares com qualquer número quântico de spin. O método também pode ser adaptado para sistemas de núcleos acoplados, embora para esses casos seja necessário utilizar períodos de evolução sob a hamiltoniana de interação livre para determinar alguns dos elementos da correspondente matriz densidade. Como aplicação do método de Tomografia de Estado Quântico, utilizaram-se núcleos de 23Na dissolvidos em um cristal líquido liotrópico para obter os resultados experimentais das implementações do algoritmo de Deutsch e do algoritmo de busca de Grover, além da medida da dinâmica de relaxação de vários estados pseudo-puros. Também foram realizadas simulações do método proposto para o caso de um sistema quadrupolar de spin 7/2 e para três spins 1/2 homonucleares acoplados.