Complementaridade quântica nos processadores quânticos da IBM

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Chrysosthemos, Diego Samuel Starke
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300000762q
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Física
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Física
Centro de Ciências Naturais e Exatas
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/28059
Resumo: Bohr’s principle of complementarity, after gaining contributions from several researchers, moved from a qualitative analysis to a quantitative analysis through what we call today complementarity relations (CR). This change made it possible to quantify aspects of path superposition and distinguishability (predictability and entanglement) in a single experimental apparatus, for example, the Mach-Zehnder interferometer (MZI), gaining historical appeal in the quantification of path superposition through interferometric visibility. Furthermore, CR of quantum coherence, predictability and entanglement functions that are dependent on the quantum state, have also gained relevance in this area of research. In this dissertation, based on other research, we were directed to carry out two works involving the IMZ and analysis through CR. In the first work, we build a version of the MZI and show that interferometric visibility is not always able to correctly quantify the path superposition within the MZI for two-path systems. We found that CR involving quantum coherence end up reflecting the expected behavior for the photon in this same experimental apparatus. In the second work, we performed an integral analysis, through the complete CR, of the entangled quantum eraser (EQE). In this experimental apparatus, we consider a variable partially-polarizing beam splitter (VPPBS) that can produce path superposition of the horizontal and vertical polarizations entering the MZI. Due to the inclusion of the VPPBS, part of the experimental apparatus of the standard quantum eraser was modified, so that we need to perform Bell’s basis measurements of the degree of freedom of the polarizations of the two entangled photons. Therefore, the analysis of the EQE, through the CR, ends up being much richer, producing situations where there are even partial erasures of the information available before the erasure process. In both papers, we verified our theoretical findings by implementing experiments on IBM’s quantum computers.
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Furthermore, CR of quantum coherence, predictability and entanglement functions that are dependent on the quantum state, have also gained relevance in this area of research. In this dissertation, based on other research, we were directed to carry out two works involving the IMZ and analysis through CR. In the first work, we build a version of the MZI and show that interferometric visibility is not always able to correctly quantify the path superposition within the MZI for two-path systems. We found that CR involving quantum coherence end up reflecting the expected behavior for the photon in this same experimental apparatus. In the second work, we performed an integral analysis, through the complete CR, of the entangled quantum eraser (EQE). In this experimental apparatus, we consider a variable partially-polarizing beam splitter (VPPBS) that can produce path superposition of the horizontal and vertical polarizations entering the MZI. Due to the inclusion of the VPPBS, part of the experimental apparatus of the standard quantum eraser was modified, so that we need to perform Bell’s basis measurements of the degree of freedom of the polarizations of the two entangled photons. Therefore, the analysis of the EQE, through the CR, ends up being much richer, producing situations where there are even partial erasures of the information available before the erasure process. In both papers, we verified our theoretical findings by implementing experiments on IBM’s quantum computers.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO princípio de complementaridade de Bohr, após ganhar contribuições de diversos pesquisadores, passou de uma análise qualitativa para um análise quantitativa por meio do que chamamos hoje de relações de complementaridade (RCs). Essa mudança possibilitou quantificar aspectos de superposição de caminho e distinguibilidade (previsibilidade e emaranhamento) em um único aparato experimental, por exemplo, no interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ), ganhando um apelo histórico na quantificação de superposição de caminho por meio da visibilidade interferométrica. Ademais, as RCs cujas funções de coerência quântica, previsibilidade e emaranhamento dependentes do estado quântico também ganharam relevância nessa área de pesquisa. Nesta dissertação, baseado em outras pesquisas, realizamos dois trabalhos envolvendo o IMZ e análises por meio das RCs. No primeiro trabalho, construímos uma versão do IMZ e mostramos que a visibilidade interferométrica nem sempre é capaz de quantificar corretamente a superposição de caminho dentro do IMZ para sistemas de dois caminhos. Constatamos que RCs envolvendo coerência quântica acabam refletindo o comportamento esperado para o fóton nesse mesmo aparato experimental. No segundo trabalho, realizamos uma análise integral, por meio das RCCs, do AQE. Nesse aparato experimental, consideramos um VPPBS que pode produzir superposição de caminho das polarizações horizontais e verticais que entram no IMZ. Por conta da inclusão do VPPBS, parte do aparato experimental do apagador quântico padrão foi modificado, de modo que precisamos realizar medidas na base de Bell nos graus de liberdade das polarizações dos dois fótons emaranhados. Sendo assim, a análise do AQE, por meio das RCs, acaba sendo muito mais rica, produzindo situações onde há, inclusive, apagamentos parciais da informação disponível antes do processo de apagamento. Nos dois trabalhos, verificamos nossas constatações teóricas implementando experimentos nos computadores quânticos da IBM.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasMaziero, Jonashttp://lattes.cnpq.br/1270437648097538Angelo, Renato MoreiraRibeiro, Paulo Henrique SoutoChrysosthemos, Diego Samuel Starke2023-03-06T12:47:24Z2023-03-06T12:47:24Z2023-01-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/28059ark:/26339/001300000762qporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-03-06T12:47:24Zoai:repositorio.ufsm.br:1/28059Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2023-03-06T12:47:24Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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