00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Tese
Título: Transferência de estados quânticos em cadeias de spins desordenadas: cadeira com aperiodicidade e linha de grafeno
Título(s) alternativo(s): Quantum state transfer in disordered spin chains: aperiodic chains and graphene slices
Autor(es): Santos, Demitry Messias
Primeiro Orientador: Moura, Francisco Anacleto Barros Fidelis de
metadata.dc.contributor.referee1: Dias, Wandearley da Silva
metadata.dc.contributor.referee2: Lyra, Marcelo Leite
metadata.dc.contributor.referee3: Almeida, Guilherme Martins Alves de
metadata.dc.contributor.referee4: Almeida, Francisco Assis Gois de
metadata.dc.contributor.referee5: Campos, Paulo Roberto de Araújo
Resumo: A computação quântica já é uma realidade presente na contemporaneidade. Embora a indagação sobre os tipos de problemas que um computador quântico deve resolver ainda esteja (em grande parte) em aberto, muitas já são as potencialidades observadas e espera-se que, num futuro próximo, a utilização desta nova ferramenta possibilite aos pesquisadores novas descobertas, que vão além da imaginação e do alcance atual. Como toda tecnologia em surgimento, entretanto, o computador quântico enfrenta uma série de obstáculos que impedem sua maior produção e difusão. Destes obstáculos, podemos destacar como um dos principais a transferência de informação, principalmente quando se tratando de distâncias curtas (por exemplo, entre dispositivos de uma mesma máquina). Como possível solução, a ideia da utilização de cadeias de spin para transferência de estados foi proposta por Bose no início deste século, dando origem a uma série de outros trabalhos investigando os benefícios de utilização e condições de transferência de estados por cadeias de spin, buscando melhorar o protocolo o máximo possível. Cabe destacar aqui o trabalho de Wójcik et al., que elaborou o modo de transferência de estados quânticos entre dois spins acoplando-os fracamente às extremidades da rede. Esta tese é formada por dois estudos teóricos, nos quais foram verificadas a viabilidade de canais para realização da transferência de estados quânticos. No primeiro deles, estudamos a eficácia de uma cadeia de spin unidimensional cujos sítios estão sob o efeito de campos magnéticos seriados que seguem a regra de aperiodicidade proposta por S. Das Sarma no fim dos anos 80. Mostramos que a transferência pode ocorrer com altos valores de fidelidade, desde que o potencial onsite dos spins emissor/receptor estejam sintonizadas na região do espectro da cadeia aperiódica que permita a existência de estados estendidos ao longo da cadeia. O tradeoff entre a velocidade e a fidelidade da transferência mostra que a eficácia é comparável com uma cadeia homogênea. No segundo estudo, é realizada a transferência de estados quânticos utilizando como canal uma cadeia quasiunidimensional que simula o grafeno. Os resultados apontam para a transferência com alta fidelidade, mas alta sensibilidade à flutuação estática das energias de interação entre os spins. Tal sensibilidade pode ser explicada por meio da análise espectral da cadeia, revelando a existência de modos localizados que impedem a transmissão efetiva. Em ambos os casos, foi utilizado o protocolo de Wójcik et al.. Dado que este tem a capacidade de criação de estados maximamente emaranhados entre os spins emissor e receptor, também foram tomadas medidas da concorrência entre estes, demonstrando também a criação de estados de Bell.
Abstract: Quantum computing is already a reality today. Although the question about the types of tasks that a quantum computer must solve is still (to a large extent) open, many are the potentialities already observed, and it is expected that, in the near future, the use of this new tool will enable researchers to make new discoveries beyond imagination and current reach. However, like any emerging technology the quantum computer faces a series of obstacles that prevent its further production and diffusion. Of these obstacles, we can highlight as one of the main the transfer of information, mainly when dealing with short distances (i.e. between internal devices of the machine). As a solution, the idea of using spin chains for state transfer was proposed by Bose at the beginning of this century, originating a series of other studies investigating the benefits of use and conditions of state transfer by spin chains, seeking improve the protocol as possible. It is worth mention the work of Wójcik et al., who developed the method of transferring quantum states between two spins by loosely coupling them to the ends of the network. This thesis is formed by two theoretical studies, in which the viability of some spin channels for carrying out the transfer of quantum states was verified. First, we studied the effectiveness of a one-dimensional spin chain whose sites are under the effect of serial magnetic fields that follow the aperiodicity proposed by S. Das Sarma in the late 1980s. We show that the transfer can occur with high values of fidelity, as long as the onsite energy of the sending (receiving) spins are tuned in the spectrum region of the aperiodic chain that allows the existence of extended states along the chain. The tradeoff between the speed and fidelity of the transfer shows that the efficiency is comparable with a homogeneous chain. In the second study, quantum states are transferred using a quasi-one-dimensional chain that simulates graphene. Our results point to the transfer with high fidelity and high sensitivity to the static fluctuation of the energies of interaction between the spins. This sensitivity can be explained by spectral analysis of the chain, revealing the existence of localized modes that prevent effective transmission. In both cases, the Wójcik et al. protocol was used. Given that it has the capacity to create maximally entangled states between the sending and receiving spins, measures of concurrence between them were also taken, also demonstrating the creation of Bell states.
Palavras-chave: Comunicação quântica
Potencial aperiódico
Emaranhamento
Grafeno
Quantum communication
Aperiodic potential
Entanglement
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: SANTOS, Demitry Messias. Transferência de estados quânticos em cadeias de spins desordenadas: cadeia com aperiodicidade e linha de grafeno. 2022. 75 F. Tese (Doutorado em Física) - Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8618
Data do documento: 17-mar-2021
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