Nesta 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.
A evolucao teorica e experimental que se deu na area de computacao e informacao quântica nas ultimas decadas torna a realizacao de um computador quântico cada vez mais factivel. Porem, o controle necessario sobre a dinâmica dos estados do sistema quântico utilizado para implementar este computador e fortemente limitado pela descoerencia gerada pela interacao deste sistema com o meio ambiente. A descoerencia pode ser evitada, entre outras maneiras, atraves da existencia de um subespaco livre de descoerencia. Alem disso, e possivel fazer com que o efeito da descoerencia seja levar o sistema para um estado desejado, atraves da aplicacao da tecnica de engenharia de reservatorios. Neste trabalho apresenta-se as condicoes que devem ser satisfeitas para a existencia de um subespaco livre de descoerencia e a condicao para que um estado seja protegido contra descoerencia no contexto da tecnica de engenharia de reservatorios. Considerando um sistema formado por dois pontos quânticos acoplados por tunelamento, sob a acao de um campo laser, mostra-se a protecao de um estado de exciton indireto, pertencente a um subespaco livre de descoerencia de dimensao 2. O estado protegido pode ser descrito pelos parâmetros do laser, portanto, a geracao de qualquer estado representavel na superficie da esfera de Bloch pode ser alcancada atraves da manipulacao da amplitude e da fase do campo laser. A implementacao do algoritmo de Deutsch e proposta, tomando-se proveito do fato de que a protecao do estado corresponde a realizacao parcial deste algoritmo, necessitando-se apenas a execucao da medida para a integralizacao do mesmo.%%%%The theoretical and experimental developments that took place in quantum computing and quantum information in recent decades make the realization of a quantum computer more and more feasible. However, the necessary control over the dynamics of quantum states of the system, used to implement this computer, is strongly limited by decoherence generated by the interaction of this system with the environment. Decoherence can be avoided, among other ways, through the existence of a decoherence-free subspace. Further- more, it is possible to make the eect of decoherence take the system to a desired state, by applying the reservoir engineering technique. This work presents the conditions for the existence of a decoherence-free subspace and the condition for a state to be protected from decoherence in the context of the reservoir engineering technique. Considering a system consisting of two quantum dots coupled by tunneling under the action of a laser field, it is shown the protection of an indirect exciton state, belonging to a decoherence-free sub- space of dimension 2. The protected state can be described by the parameters of the laser, therefore, the generation of any state that can be represented on the surface of the Bloch sphere can be achieved through the manipulation of amplitude and phase of the laser field. Implementation of the Deutsch algorithm is proposed, taking advantage of the fact that the protection of the…
Nesta 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.