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La Transformada Fraccionaria de Fourier y su uso en la reconstrucción óptica tomográfica de la función de Wigner

José Alejandro Gutiérrez Cifuentes

Published Jan 29, 2026• 0 citations
OpenAlex

Abstract

En este trabajo se estudia la reconstrucción tomográfica de funciones en el espacio de fase a partir de mediciones experimentales basadas en la Transformada Fraccionaria de Fourier (TFrF). El espacio de fase permite describir sistemas físicos mediante variables conjugadas, denominadas cuadraturas, y en este marco la Función de Distribución de Wigner (WDF) constituye una herramienta fundamental para la caracterización de señales ópticas. Mediante un montaje óptico paraxial, se implementan TFrF de distintos órdenes sobre una señal clásica, las cuales pueden interpretarse como rotaciones en el espacio de fase. En el marco teórico, las proyecciones obtenidas para diferentes ángulos permiten reconstruir la WDF mediante la transformada inversa de Radón. Como sistema de estudio se considera una señal compuesta por dos haces gaussianos. La WDF reconstruida experimentalmente se compara con su correspondiente predicción teórica mediante un factor de similitud definido sobre matrices de datos, obteniéndose un valor S = 0.64. Este resultado indica una correlación global moderada entre la distribución experimental y la teórica, lo que evidencia que el esquema experimental y el procedimiento de reconstrucción tomográfica empleados permiten capturar de manera consistente las principales características de la distribución en el espacio de fase. El trabajo demuestra la viabilidad de reconstruir funciones de Wigner a partir de TFrF implementadas de manera puramente espacial.

Related papers

On the tomographic description of quantum systems: theory and applications

Alberto López-Yela

En este trabajo, se analiza una teoría que es en cierto modo una extensión natural del campo de las telecomunicaciones clásicas a la mecánica cuántica. Dicha teoría se llama tomografía cuántica y es de hecho una imagen de la mecánica cuántica equivalente a las más habituales que son la imagen de Schrödinger o la de Heisenberg. Esta nueva imagen, difiere de las precedentes en que está muy ligada a la capacidad tecnológica a la hora de medir observables (momento, energía, etc.) en el campo de la óptica cuántica, ya que su objetivo primordial es el de conseguir reconstruir el estado de un sistema cuántico a partir de mediciones en el laboratorio, y dado al avance tecnológico del instrumental de laboratorio disponible como láseres y fotodetectores, cada vez está suscitando mayor interés. En el primer capítulo, veremos cómo nace esta idea de reconstruir estados cuánticos discutiendo brevemente la técnica clásica conocida como Tomografía Axial Computerizada (TAC). Esta técnica está basada en los trabajos de Johann Karl August Radon aplicando la transformada que lleva su nombre. Introduciremos la transformada de Radon de una función de probabilidad definida en el espacio de fases para ver cómo se aplica en el caso del TAC. Para aplicar esta idea para la reconstrucción de estados cuánticos, veremos, en primer lugar, que existe una extensión natural de las técnicas de demodulación de señales moduladas en amplitud (AM) en el campo de la óptica cuántica mostrando que el papel que cumple un mezclador puede ser reemplazado por una combinación de divisores de haz y fotodetectores y mostraremos explícitamente cómo reconstruir el operador densidad que describe un estado cuántico a través de un proceso reminiscente de la transformada de Radon clásica. El segundo capítulo será el corazón de este trabajo. En él, introduciremos de manera formal la descripción tomográfica de la mecánica cuántica. Presentaremos una teoría general, para ello, trataremos a los observables como elementos de un álgebra C_ y los estados serán funcionales lineales positivos que actúen en dicha algebra. Veremos que esta descripción de la mecánica cuántica puede dividirse en dos partes, una primera con el objetivo de obtener una fórmula para reconstruir el estado de un sistema cuántico a partir de una función definida sobre un conjunto llamado conjunto tomográfico, que será un conjunto de observables que tendrá que cumplir una serie de condiciones que expondremos debidamente. A esta primera parte de la teoría, la bautizaremos como Teoría de muestreo generalizada en sistemas cuánticos. La segunda parte estará relacionada con la parte puramente experimental. Lo que hace necesario tener que añadir esta segunda parte es el hecho de que la función definida anteriormente sobre el conjunto tomográfico, que llamaremos función de muestreo, en general, no puede ser medida por medio de los dispositivos con los que contamos en un laboratorio de óptica cuántica, sin embargo, a partir de las mediciones hechas con un fotodetector, podemos obtener distribuciones de probabilidad de cantidades relacionadas con los observables. Entonces, tomando esto último como motivación, esta segunda parte de la teoría consistirá en relacionar esa función de muestreo con una distribución de probabilidad que llamaremos tomograma, que será el resultado directo de un proceso de medida en el laboratorio, y la llamaremos Transformada generalizada positiva por motivos que se expondrán convenientemente. Uno de los problemas más sutiles de esta teoría consiste en hallar un conjunto tomográfico que cumpla las condiciones necesarias para permitir reconstruir el estado a partir de él. Sin embargo, veremos que de manera natural, las representaciones unitarias irreducibles de un grupo finito o de Lie compacto proporcionan conjuntos tomográficos que cumplen las condiciones requeridas, por eso, nos centraremos en el estudio de la reconstrucción de estados a partir de grupos relacionados con el sistema físico dado. Aunque también destacaremos que existen otras representaciones unitarias que nos permiten reconstruir el estado cuántico a partir de ellas, como lo es la representación unitaria irreducible del grupo de Heisenberg Weyl dada por el álgebra de Lie que forman los operadores momento y posición cuánticos que es el ejemplo con el que nace la tomografía cuántica introducido en el primer capítulo. En el tercer capítulo presentaremos un algoritmo numérico que se deriva a partir de unos estados que llamaremos estados adaptados que habremos definido en el capítulo anterior. Este algoritmo nace como un problema inverso, ya que hasta entonces nos habremos centrado en reconstruir estados a partir de un conjunto tomográfico, en especial, cuando el conjunto tomográfico está definido a partir de una representación unitaria de un grupo. Este problema inverso consiste en determinar qué información es posible obtener de una representación unitaria de un grupo si se tiene una familia de estados que describe un sistema físico relacionado con un grupo de simetría. La respuesta a esta pregunta es muy satisfactoria ya que es posible conocer la matriz de transformación de base que nos permita transformar la base, en la que está descrita la representación unitaria, en una base adaptada a los subespacios invariantes bajo la acción de todos los elementos de la representación. Este problema se conoce como descomposición de Clebsh Gordan, ya que dicha transformación aplicada a la representación unitaria la convierte en una matriz diagonal por bloques en la que cada bloque corresponde a una representación unitaria irreducible. La manera en la que resolveremos este problema es con un algoritmo numérico que sólo requiere dos estados adaptados como argumentos de entrada, que pueden ser obtenidos de manera directa si se conoce de forma explícita la representación unitaria que queremos reducir. Este algoritmo lo hemos bautizado con el nombre de SMILY. Hay que destacar que como este algoritmo se ha generado sólo aplicando ciertas transformaciones unitarias sobre matrices que representan un estado cuántico, tiene una extensión natural que podría implementarse en un ordenador cuántico. Para acabar esta tesis, generalizaremos la descripción tomográfica a campos clásicos y cuánticos. Para el caso clásico, primero realizaremos una descripción tomográfico para sistemas con finitos grados de libertad y obtendremos el equivalente tomográfico de la ecuación de Liouville para una densidad de probabilidad y tras esto, haremos el mismo análisis para sistemas con infinitos grados de libertad. Para obtener la descripción tomográfica para campos cuánticos, partiremos del concepto de segunda cuantización y mostraremos el equivalente tomográfico de los axiomas de Wightman Streater para una teoría cuántica de campos. Y para terminar, obtendremos un teorema de reconstrucción para campos escalares y calcularemos el tomograma de ciertos estados de un campo cuántico escalar libre. Comentemos esto último diciendo que es el inicio de una teoría que permitirá una descripción tomográfica de estados, por ejemplo ligados, para teorías con interacción. Para concluir este resumen, quisiera resaltar que el lector especializado, si lo considera conveniente, puede comenzar a leer a partir del segundo capítulo, ya que aunque el primer capítulo sirve como motivación de porqué desarrollar una descripción tomográfica de la mecánica cuántica, el texto puede comprenderse si previamente no se ha leído.

•Apr 14, 2016•3 citations

Quantum integrated optics: Theory and applications

Jesús Liñares, María C. Nistal, David Barral +3 more

En este trabajo se presenta una breve descripcion de los principales resultados del trabajo de investigacion desarrollado por nuestro grupo en optica integrada cuantica. La principales lineas de investigacion del grupo siempre han estado en la optica integrada y en los ultimos anos se han desarrollado ademas varios estudios cuanticos teoricos y aplicados de dispositivos opticos integrados lineales y no lineales. Estos estudios han tenido como principal objetivo el analisis teorico riguroso tanto de la propagacion como de la caracterizacion de estados de luz cuantica en dispositivos de guia de onda mediante el operador Momento y las ecuaciones espaciales de Heisenberg, y tambien mediante propagadores opto-cuanticos calculados con el formalismo de Feynman sobre el espacio multimodo de campo optico. En este espacio las distribuciones de probabilidad estan bien definidas y ademas pueden medirse mediante tecnicas de deteccion homodina y/o heterodina multimodo. Asimismo se indican algunas lineas de investigacion futura tanto teorica como experimental sobre optica integrada cuantica.

Optica Pura y Aplicada•Jan 1, 2011•2 citations

Optical signal encryption using the fractional fourier transform.

Zandra Yoana Lizarazo Mejia

Los sistemas de encriptación óptica reportados en la literatura se basan en la transformación de Fourier estándar, donde se aprovecha el hecho que es invertible y se pueden realizar operaciones sobre las señales en el dominio de las frecuencias. Este tratamiento puede generalizarse usando la transformación de Fourier fraccional, de la cual la transformación de Fourier estándar es un caso particular cuando el orden fraccional es igual a la unidad. Esta nueva transformación agrega al sistema otro grado de libertad de acuerdo al orden fraccional empleado. En este trabajo de investigación se propone y se lleva a cabo una configuración óptica para realizar encriptación y decriptación usando la transformación de Fourier fraccional. En un sistema de encriptación uno de los elementos más importantes son las llaves. En óptica este proceso se puede hacer de diferentes formas, modulando la amplitud, la fase o la polarización de una onda lelctromagn´tica. En particular se escogió modular la fase del frente de onda. Por esto se realiza un estudio del tipo de máscara a usar ya que es necesario determinar si es indiferente el uso de estos elementos. Este tipo de estudio no ha sido reportado aun en la literatura. Usando el principio de conjugación de fase se demuestra la existencia de transformaciones de Fourier fraccional ópticas inversas, principio que permite usar una misma configuración óptica llevar a cabo tanto el proceso de encriptación como el de decriptación.

•Jan 1, 2004•0 citations

Estudio de la pseudo probabilidad de Wigner para varios cuerpos en la red.

Francisco Riberi

Se estudia analíticamente una clase de sistemas cuánticos dispositivos en un espacio de \nHilbert de dimensión infinita: Los modelos consisten en una o dos partículas inmersas \nen una red 1D en contacto con un baño térmico (fonones). Se describe la transición \nque experimenta una partícula desde un régimen cuántico a uno clásico a medida que \naumenta la temperatura del reservativo para una condición inicial localizada. Por otra \nparte, se analizan las diferencias que aparecen entre el problema de uno y de dos \ncuerpos en la red. Se verica que la interaccion utilizada para modelar el intercambio \ndel sistema con el baño induce correlaciones entre las dos particulas, originalmente \nlibres, y se investiga la naturaleza de estas correlaciones (cuánticas o clásicas). \nEl énfasis esta puesto en la descripción del problema desde el espacio de fases, a \npartir de la definición de una pseudoprobabilidad de Wigner discreta. Para una partícula \nen la red se analizan diversas preparaciones iniciales y medidas de decoherencia en \nfunción de la temperatura y el tiempo, y se encuentran situaciones en las que nunca \nse alcanza un regimen clasico. Para dos partículas se generalizan resultados previos \ninvestigando los efectos de la estadística en la formación de correlaciones cuando las \nmismas son indistinguibles. \nA lo largo del texto se derivan asimismo una serie de resultados auxiliares pero \nde riguroso interés para los fines de nuestro trabajo. Entre otras cosas, se obtiene el \nlimite al continuo de ambos modelos, se calculan las ecuaciones de evolución para las \nfunciones de Wigner derivadas, y se consideran los efectos en el semigrupo de una \ninteraccion con un reservorio fermionico. \n

•Dec 15, 2017•0 citations

Descripción estocástica para sistemas cuánticos abiertos y perturbaciones cosmológicas

Albert Roura Crumols

En primer lugar, se realiza un breve repaso tanto al formalismo del funcional de influencia introducido por Feynman y Vernon para el estudio de sistemas cuanticos abiertos, como al formalismo de historias consistentes y al mecanismo de decoherencia inducida por el ambiente. A continuacion se explica como se puede introducir una descripcion estocastica para sistemas cuanticos abiertos basada en ecuaciones de tipo Langevin que permite obtener informacion sobre propiedades cuanticas del sistema incluso en ausencia de decoherencia. Se obtiene una expresion para la funcion de Wigner reducida como un doble promedio respecto a todas las realizaciones de la fuente estocastica de la ecuacion de Langevin y respecto a las condiciones iniciales distribuidas segun la funcion de Wigner reducida inicial. Este resultado se aprovecha para proporcionar una deduccion de la ecuacion maestra alternativa a las ya existentes en la literatura. Asimismo, se obtiene una expresion explicita en terminos de elementos asociados a la descripcion estocastica para el funcional generador closed time path (CTP) de las funciones de correlacion cuanticas del sistema, y se demuestra que las funciones de correlacion estocasticas coinciden exactamente con un subconjunto de ellas. Los resultados anteriores se extienden a sistemas abiertos no lineales y se pone de manifiesto la necesidad de considerar procesos estocasticos generalizados con funciones de distribucion que pueden tomar valores negativos. En particular, se deduce la ecuacion maestra a primer orden relevante en la constante de Planck y a orden cuadratico en la constante de acoplo entre el sistema y el ambiente. Ademas se describe brevemente como dicha ecuacion maestra se puede aplicar al estudio de la desintegracion del vacio en teoria cuantica de campos planteado como un problema de sistemas cuanticos abiertos. Los primeros resultados en este sentido parecen indicar un aumento de

•Jan 1, 2002•0 citations

Quantum and classical images encryption through chaotic maps

Zayda Paola Reyes Quijano

La transformación de Fourier de orden fraccionario α (FrFT) ha sido estudiada recientemente debido a su utilidad en diferentes áreas de la física, como en el procesamiento de señales. Con el objetivo de garantizar la confidencialidad de la información durante su transmisión, en este trabajo se extiende la aplicabilidad de esta transformación al contexto de la encriptación de imágenes, haciendo uso de rotaciones de ángulo arbitratio α para generalizar la versión cuántica de la aplicación del panadero al caso de tiempo continuo. A través de la generalización de la aplicación del panadero se realiza encriptación a nivel cuántico, de imágenes codificadas en un estado físico. La eficacia del proceso de encriptación se establece mediante el análisis del histograma y el cálculo de la calidad de encriptación de las imágenes y se establece que la aplicación de tiempo continuo permite obtener mayor control y nivel de la encriptación. El uso de imágenes que pueden ser codificadas en un estado físico permite la posibilidad de realizar una implementación experimental de esta aplicación en un computador cuántico, haciendo uso de compuertas cuánticas para realizar las rotaciones correspondientes a la transformación de Fourier fraccionaria, con la perspectiva de estudiar la dinámica de los sistemas caóticos en tiempo continuo.

•Jan 1, 2015•0 citations
En este trabajo se estudia la reconstrucción tomográfica de funciones en el espacio de fase a partir de mediciones experimentales basadas en la Transformada Fraccionaria de Fourier (TFrF). El espacio de fase permite describir sistemas físicos mediante variables conjugadas, denominadas cuadraturas, y en este marco la Función de Distribución de Wigner (WDF) constituye una herramienta fundamental para la caracterización de señales ópticas. Mediante un montaje óptico paraxial, se implementan TFrF de distintos órdenes sobre una señal clásica, las cuales pueden interpretarse como rotaciones en el espacio de fase. En el marco teórico, las proyecciones obtenidas para diferentes ángulos permiten reconstruir la WDF mediante la transformada inversa de Radón. Como sistema de estudio se considera una señal compuesta por dos haces gaussianos. La WDF reconstruida experimentalmente se compara con su correspondiente predicción teórica mediante un factor de similitud definido sobre matrices de datos, obteniéndose un valor S = 0.64. Este resultado indica una correlación global moderada entre la distribución experimental y la teórica, lo que evidencia que el esquema experimental y el procedimiento de reconstrucción tomográfica empleados permiten capturar de manera consistente las principales características de la distribución en el espacio de fase. El trabajo demuestra la viabilidad de reconstruir funciones de Wigner a partir de TFrF implementadas de manera puramente espacial.
En este trabajo, se analiza una teoría que es en cierto modo una extensión natural del campo de las telecomunicaciones clásicas a la mecánica cuántica. Dicha teoría se llama tomografía cuántica y es de hecho una imagen de la mecánica cuántica equivalente a las más habituales que son la imagen de Schrödinger o la de Heisenberg. Esta nueva imagen, difiere de las precedentes en que está muy ligada a la capacidad tecnológica a la hora de medir observables (momento, energía, etc.) en el campo de la óptica cuántica, ya que su objetivo primordial es el de conseguir reconstruir el estado de un sistema cuántico a partir de mediciones en el laboratorio, y dado al avance tecnológico del instrumental de laboratorio disponible como láseres y fotodetectores, cada vez está suscitando mayor interés. En el primer capítulo, veremos cómo nace esta idea de reconstruir estados cuánticos discutiendo brevemente la técnica clásica conocida como Tomografía Axial Computerizada (TAC). Esta técnica está basada en los trabajos de Johann Karl August Radon aplicando la transformada que lleva su nombre. Introduciremos la transformada de Radon de una función de probabilidad definida en el espacio de fases para ver cómo se aplica en el caso del TAC. Para aplicar esta idea para la reconstrucción de estados cuánticos, veremos, en primer lugar, que existe una extensión natural de las técnicas de demodulación de señales moduladas en amplitud (AM) en el campo de la óptica cuántica mostrando que el papel que cumple un mezclador puede ser reemplazado por una combinación de divisores de haz y fotodetectores y mostraremos explícitamente cómo reconstruir el operador densidad que describe un estado cuántico a través de un proceso reminiscente de la transformada de Radon clásica. El segundo capítulo será el corazón de este trabajo. En él, introduciremos de manera formal la descripción tomográfica de la mecánica cuántica. Presentaremos una teoría general, para ello, trataremos a los observables como elementos de un álgebra C_ y los estados serán funcionales lineales positivos que actúen en dicha algebra. Veremos que esta descripción de la mecánica cuántica puede dividirse en dos partes, una primera con el objetivo de obtener una fórmula para reconstruir el estado de un sistema cuántico a partir de una función definida sobre un conjunto llamado conjunto tomográfico, que será un conjunto de observables que tendrá que cumplir una serie de condiciones que expondremos debidamente. A esta primera parte de la teoría, la bautizaremos como Teoría de muestreo generalizada en sistemas cuánticos. La segunda parte estará relacionada con la parte puramente experimental. Lo que hace necesario tener que añadir esta segunda parte es el hecho de que la función definida anteriormente sobre el conjunto tomográfico, que llamaremos función de muestreo, en general, no puede ser medida por medio de los dispositivos con los que contamos en un laboratorio de óptica cuántica, sin embargo, a partir de las mediciones hechas con un fotodetector, podemos obtener distribuciones de probabilidad de cantidades relacionadas con los observables. Entonces, tomando esto último como motivación, esta segunda parte de la teoría consistirá en relacionar esa función de muestreo con una distribución de probabilidad que llamaremos tomograma, que será el resultado directo de un proceso de medida en el laboratorio, y la llamaremos Transformada generalizada positiva por motivos que se expondrán convenientemente. Uno de los problemas más sutiles de esta teoría consiste en hallar un conjunto tomográfico que cumpla las condiciones necesarias para permitir reconstruir el estado a partir de él. Sin embargo, veremos que de manera natural, las representaciones unitarias irreducibles de un grupo finito o de Lie compacto proporcionan conjuntos tomográficos que cumplen las condiciones requeridas, por eso, nos centraremos en el estudio de la reconstrucción de estados a partir de grupos relacionados con el sistema físico dado. Aunque también destacaremos que existen otras representaciones unitarias que nos permiten reconstruir el estado cuántico a partir de ellas, como lo es la representación unitaria irreducible del grupo de Heisenberg Weyl dada por el álgebra de Lie que forman los operadores momento y posición cuánticos que es el ejemplo con el que nace la tomografía cuántica introducido en el primer capítulo. En el tercer capítulo presentaremos un algoritmo numérico que se deriva a partir de unos estados que llamaremos estados adaptados que habremos definido en el capítulo anterior. Este algoritmo nace como un problema inverso, ya que hasta entonces nos habremos centrado en reconstruir estados a partir de un conjunto tomográfico, en especial, cuando el conjunto tomográfico está definido a partir de una representación unitaria de un grupo. Este problema inverso consiste en determinar qué información es posible obtener de una representación unitaria de un grupo si se tiene una familia de estados que describe un sistema físico relacionado con un grupo de simetría. La respuesta a esta pregunta es muy satisfactoria ya que es posible conocer la matriz de transformación de base que nos permita transformar la base, en la que está descrita la representación unitaria, en una base adaptada a los subespacios invariantes bajo la acción de todos los elementos de la representación. Este problema se conoce como descomposición de Clebsh Gordan, ya que dicha transformación aplicada a la representación unitaria la convierte en una matriz diagonal por bloques en la que cada bloque corresponde a una representación unitaria irreducible. La manera en la que resolveremos este problema es con un algoritmo numérico que sólo requiere dos estados adaptados como argumentos de entrada, que pueden ser obtenidos de manera directa si se conoce de forma explícita la representación unitaria que queremos reducir. Este algoritmo lo hemos bautizado con el nombre de SMILY. Hay que destacar que como este algoritmo se ha generado sólo aplicando ciertas transformaciones unitarias sobre matrices que representan un estado cuántico, tiene una extensión natural que podría implementarse en un ordenador cuántico. Para acabar esta tesis, generalizaremos la descripción tomográfica a campos clásicos y cuánticos. Para el caso clásico, primero realizaremos una descripción tomográfico para sistemas con finitos grados de libertad y obtendremos el equivalente tomográfico de la ecuación de Liouville para una densidad de probabilidad y tras esto, haremos el mismo análisis para sistemas con infinitos grados de libertad. Para obtener la descripción tomográfica para campos cuánticos, partiremos del concepto de segunda cuantización y mostraremos el equivalente tomográfico de los axiomas de Wightman Streater para una teoría cuántica de campos. Y para terminar, obtendremos un teorema de reconstrucción para campos escalares y calcularemos el tomograma de ciertos estados de un campo cuántico escalar libre. Comentemos esto último diciendo que es el inicio de una teoría que permitirá una descripción tomográfica de estados, por ejemplo ligados, para teorías con interacción. Para concluir este resumen, quisiera resaltar que el lector especializado, si lo considera conveniente, puede comenzar a leer a partir del segundo capítulo, ya que aunque el primer capítulo sirve como motivación de porqué desarrollar una descripción tomográfica de la mecánica cuántica, el texto puede comprenderse si previamente no se ha leído.
En este trabajo se presenta una breve descripcion de los principales resultados del trabajo de investigacion desarrollado por nuestro grupo en optica integrada cuantica. La principales lineas de investigacion del grupo siempre han estado en la optica integrada y en los ultimos anos se han desarrollado ademas varios estudios cuanticos teoricos y aplicados de dispositivos opticos integrados lineales y no lineales. Estos estudios han tenido como principal objetivo el analisis teorico riguroso tanto de la propagacion como de la caracterizacion de estados de luz cuantica en dispositivos de guia de onda mediante el operador Momento y las ecuaciones espaciales de Heisenberg, y tambien mediante propagadores opto-cuanticos calculados con el formalismo de Feynman sobre el espacio multimodo de campo optico. En este espacio las distribuciones de probabilidad estan bien definidas y ademas pueden medirse mediante tecnicas de deteccion homodina y/o heterodina multimodo. Asimismo se indican algunas lineas de investigacion futura tanto teorica como experimental sobre optica integrada cuantica.
Los sistemas de encriptación óptica reportados en la literatura se basan en la transformación de Fourier estándar, donde se aprovecha el hecho que es invertible y se pueden realizar operaciones sobre las señales en el dominio de las frecuencias. Este tratamiento puede generalizarse usando la transformación de Fourier fraccional, de la cual la transformación de Fourier estándar es un caso particular cuando el orden fraccional es igual a la unidad. Esta nueva transformación agrega al sistema otro grado de libertad de acuerdo al orden fraccional empleado. En este trabajo de investigación se propone y se lleva a cabo una configuración óptica para realizar encriptación y decriptación usando la transformación de Fourier fraccional. En un sistema de encriptación uno de los elementos más importantes son las llaves. En óptica este proceso se puede hacer de diferentes formas, modulando la amplitud, la fase o la polarización de una onda lelctromagn´tica. En particular se escogió modular la fase del frente de onda. Por esto se realiza un estudio del tipo de máscara a usar ya que es necesario determinar si es indiferente el uso de estos elementos. Este tipo de estudio no ha sido reportado aun en la literatura. Usando el principio de conjugación de fase se demuestra la existencia de transformaciones de Fourier fraccional ópticas inversas, principio que permite usar una misma configuración óptica llevar a cabo tanto el proceso de encriptación como el de decriptación.
Se estudia analíticamente una clase de sistemas cuánticos dispositivos en un espacio de \nHilbert de dimensión infinita: Los modelos consisten en una o dos partículas inmersas \nen una red 1D en contacto con un baño térmico (fonones). Se describe la transición \nque experimenta una partícula desde un régimen cuántico a uno clásico a medida que \naumenta la temperatura del reservativo para una condición inicial localizada. Por otra \nparte, se analizan las diferencias que aparecen entre el problema de uno y de dos \ncuerpos en la red. Se verica que la interaccion utilizada para modelar el intercambio \ndel sistema con el baño induce correlaciones entre las dos particulas, originalmente \nlibres, y se investiga la naturaleza de estas correlaciones (cuánticas o clásicas). \nEl énfasis esta puesto en la descripción del problema desde el espacio de fases, a \npartir de la definición de una pseudoprobabilidad de Wigner discreta. Para una partícula \nen la red se analizan diversas preparaciones iniciales y medidas de decoherencia en \nfunción de la temperatura y el tiempo, y se encuentran situaciones en las que nunca \nse alcanza un regimen clasico. Para dos partículas se generalizan resultados previos \ninvestigando los efectos de la estadística en la formación de correlaciones cuando las \nmismas son indistinguibles. \nA lo largo del texto se derivan asimismo una serie de resultados auxiliares pero \nde riguroso interés para los fines de nuestro trabajo. Entre otras cosas, se obtiene el \nlimite al continuo de ambos modelos, se calculan las ecuaciones de evolución para las \nfunciones de Wigner derivadas, y se consideran los efectos en el semigrupo de una \ninteraccion con un reservorio fermionico. \n
En primer lugar, se realiza un breve repaso tanto al formalismo del funcional de influencia introducido por Feynman y Vernon para el estudio de sistemas cuanticos abiertos, como al formalismo de historias consistentes y al mecanismo de decoherencia inducida por el ambiente. A continuacion se explica como se puede introducir una descripcion estocastica para sistemas cuanticos abiertos basada en ecuaciones de tipo Langevin que permite obtener informacion sobre propiedades cuanticas del sistema incluso en ausencia de decoherencia. Se obtiene una expresion para la funcion de Wigner reducida como un doble promedio respecto a todas las realizaciones de la fuente estocastica de la ecuacion de Langevin y respecto a las condiciones iniciales distribuidas segun la funcion de Wigner reducida inicial. Este resultado se aprovecha para proporcionar una deduccion de la ecuacion maestra alternativa a las ya existentes en la literatura. Asimismo, se obtiene una expresion explicita en terminos de elementos asociados a la descripcion estocastica para el funcional generador closed time path (CTP) de las funciones de correlacion cuanticas del sistema, y se demuestra que las funciones de correlacion estocasticas coinciden exactamente con un subconjunto de ellas. Los resultados anteriores se extienden a sistemas abiertos no lineales y se pone de manifiesto la necesidad de considerar procesos estocasticos generalizados con funciones de distribucion que pueden tomar valores negativos. En particular, se deduce la ecuacion maestra a primer orden relevante en la constante de Planck y a orden cuadratico en la constante de acoplo entre el sistema y el ambiente. Ademas se describe brevemente como dicha ecuacion maestra se puede aplicar al estudio de la desintegracion del vacio en teoria cuantica de campos planteado como un problema de sistemas cuanticos abiertos. Los primeros resultados en este sentido parecen indicar un aumento de
La transformación de Fourier de orden fraccionario α (FrFT) ha sido estudiada recientemente debido a su utilidad en diferentes áreas de la física, como en el procesamiento de señales. Con el objetivo de garantizar la confidencialidad de la información durante su transmisión, en este trabajo se extiende la aplicabilidad de esta transformación al contexto de la encriptación de imágenes, haciendo uso de rotaciones de ángulo arbitratio α para generalizar la versión cuántica de la aplicación del panadero al caso de tiempo continuo. A través de la generalización de la aplicación del panadero se realiza encriptación a nivel cuántico, de imágenes codificadas en un estado físico. La eficacia del proceso de encriptación se establece mediante el análisis del histograma y el cálculo de la calidad de encriptación de las imágenes y se establece que la aplicación de tiempo continuo permite obtener mayor control y nivel de la encriptación. El uso de imágenes que pueden ser codificadas en un estado físico permite la posibilidad de realizar una implementación experimental de esta aplicación en un computador cuántico, haciendo uso de compuertas cuánticas para realizar las rotaciones correspondientes a la transformación de Fourier fraccionaria, con la perspectiva de estudiar la dinámica de los sistemas caóticos en tiempo continuo.