Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/36502
Type: Tese
Title: Operações quânticas em circuitos fotônicos integrados: tomografia de estados e medidas de coerência
Other Titles: Quantum Operations on Integrated Photonic Circuits: State Tomography and Coherence Measurements
Authors: Wilder Rodrigues Cardoso
First Advisor: Sebastião José Nascimento de Pádua
First Co-advisor: Leonardo Teixeira Neves
First Referee: Carlos Henrique Monken
Second Referee: Raphael Campos Drumond
Third Referee: Paulo Henrique Dias Ferreira
metadata.dc.contributor.referee4: Marcelo Martinelli
Abstract: Este trabalho se propõe a realizar um estudo sobre circuitos fotônicos integrados. Nosso objetivo é desenvolver uma metodologia para a obtenção dos parâmetros de um circuito fotônico que nos permita realizar um conjunto de operações quânticas necessárias para a concretização de uma determinada tarefa ou processamento quântico. Mais especificamente, as tarefas quânticas envolvem a implementação de um POVM (Positive Operator Value Measure) através dos circuitos fotônicos integrados. Assim, buscamos obter configurações otimizadas para estes dispositivos de modo que a redução de sua complexidade estrutural simplifique seu processo de fabricação. Além disso, também é nosso objetivo que tais objetos apresentem robustez contra erros e perdas e que as aplicações experimentais que os envolvem apresentem uma minimização do tempo necessário para sua realização. Assim, estudamos as simetrias dos POVMs propostos para, a partir delas, configurar o circuito de forma otimizada. Inicialmente, estudamos o caso da tomografia de estados quânticos para qubits e qutrits. Obtivemos circuitos planares que apresentavam um número de elementos ópticos e uma profundidade óptica menores do que aqueles obtidos por métodos já conhecidos na literatura. Além disso, esses circuitos implementam todos os elementos de POVM de uma vez, sendo possível obter todas suas probabilidades associadas de uma vez, minimizando o tempo gasto no experimento em relação à experimentos em mesa óptica ou em circuitos reconfiguráveis, onde é necessário realizar alterações na configuração do aparato experimental de um elemento de um POVM para outro. Buscando uma forma de generalizar nosso protocolo para sistemas de maiores dimensões, desenvolvemos um método de obter circuitos fotônicos tridimensionais que podem ser utilizados na realização experimental de tomografia de estados quânticos em qudits de qualquer dimensão finita. Nosso protocolo gera circuitos cujo número de divisores de feixe e profundidade óptica escalam com funções um grau menor do que em outros protocolos já conhecidos, evidenciando uma drástica redução em sua complexidade. Além disso, esses circuitos apresentaram uma alta robustez em relação à ocorrência de perdas. O mesmo protocolo utilizado para obter circuitos tridimensionais para realização de tomografia quântica pode ser usado na obtenção de circuitos para implementar medidas de coerência quântica. Os circuitos aqui obtidos também apresentam as mesmas vantagens do caso tomográfico.
Abstract: This work proposes to carry out a study on integrated photonic circuits. Our goal is to develop a methodology for obtaining the parameters of a photonic circuit that allows us to perform a set of quantum operations necessary for the realization of a given task or quantum processing. More specifically, the quantum tasks involve the implementation of a POVM (Positive Operator Value Measure) through integrated photonic circuits. Thus, we seek to obtain optimized configurations for these devices so that the reduction of their structural complexity simplifies their manufacturing process. In addition, it is also our goal that such objects are robust against errors and losses and that the experimental applications that involve them present a minimization of the time necessary for their realization. We studied the symmetries of the proposed POVMs to, from them, configure the circuit in an optimized way. Initially, we studied the case of quantum state tomography for qubits and qutrits. We obtained planar circuits that had a smaller number of optical elements and an optical depth than those obtained by methods already known in the literature. In addition, these circuits implement all POVM elements at once, making it possible to obtain all their associated probabilities at once, minimizing the time spent on the experiment compared to experiments on an optical table or with reconfigurable circuits, where it is necessary to make changes to the configuration of the experimental apparatus from one POVM element to another. Looking for a way to generalize our protocol to larger systems, we developed a method to obtain three-dimensional photonic circuits that can be used in the experimental realization of quantum state tomography in qudits of any finite dimension. Our protocol generates circuits whose number of beam splitters and optical depth scale with functions less than in other protocols already known, showing a drastic reduction in their complexity. In addition, these circuits were highly robust in relation to the occurrence of losses. The same protocol used to obtain three-dimensional circuits for performing quantum tomography can be used to obtain circuits to implement quantum coherence measurements. The circuits obtained here also have the same advantages as the tomographic case.
Subject: Circuitos integrados
Operadores positivos
Informação quântica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/36502
Issue Date: 9-Jul-2020
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