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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In this work we consider a bipartite system consisting of magnetic dipoles, initially characterized by product-states uncorrelated until the dynamics of evolution is established by magnetic dipole interaction. We reproduce the dynamic behavior of the entanglement produced by the magnetic dipole interaction through its temporal dependence, connection with local quantum coherences or symmetries of initial states and interaction parameters, thus establishing criteria that extremize the entanglement. We also investigated the entanglement production capacity of the magnetic dipole interaction for some classes of states with lower purities, with and without initial entanglement, thus identifying relevant aspects between purity, symmetry and necessary local quantum coherences. We show, above all, that some classes of partially entangled states can preserve or generate maximum entanglement under magnetic dipole interaction for different instants of time. Neste trabalho consideramos um sistema bipartido constituído por dipolos magnéticos, inicialmente caracterizados por estados tipo produto descorrelacionados até que a dinâmica de evolução seja estabelecida pela interação dipolar magnética. Reproduzimos o comportamento dinâmico do emaranhamento produzido pela interação dipolar magnética através de sua dependência temporal, conexão com coerências quânticas locais ou simetrias de estados iniciais e parâmetros de interação, estabelecendo assim critérios que extremizam o emaranhamento. Também investigamos a capacidade de produção de emaranhamento da interação dipolar magnética para algumas classes de estados com purezas menores, com e sem emaranhamento inicial, identificando assim aspectos relevantes entre pureza, simetria e coerências quânticas locais necessárias. Mostramos sobretudo, que algumas classes de estados parcialmente emaranhados podem preservar ou gerar o máximo emaranhamento sob interação dipolar magnética para instantes de tempo distintos.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Repeatedly in the field of Quantum Information Science (QIS) it’s essentially required of physical systems the quantification concerning its quantum phenomena, such as Quantum Coherence (QC) relying in quantum superposition states. Hereafter several quantifiers of QC have been proposed over the years through distance measures in quantum state spaces, called distinguishability measures, playing an important role in QIS correlation phenomena such as Discord and Entanglement with Quantum Cryptography implementation, as example. The aim of this dissertation is to extend the research of QC, published by Jonas Maziero in an article, performing an in-depth analysis regarding the control of local and non-local aspects of Hilbert-Schmidt Coherence (HSC) in multipartite systems and its relations with others QC quantifiers, as well as an analisys of a possible Hilbert-Schmidt Distance (HSD) implication in QC functions over the Non-Monotonicity under Tensor Products (NMuTP) inequality and of limitations between Coherence of state populations and energy. Starting from the generic multipartite state of level quantum energy systems (qudit), defined from the Bloch parameterization, calculations of QC functions concerning its particular cases are considered for 1-qubit, 2-qubit, 1-qutrit and two copies of 1-qubit adopting HSD. Writing the HSC function for the latter case in terms of its local and non-local parts and from the result of 1-qubit it is possible, by manipulating the difference between local populations, to infer a non-local implication in the HSC for that system, in contrast to what has been seen by adopting distinct dissimilarity measures for this function, named l1- Norm Distance and Relative Entropy Distance, cases where there are no implications and where there is a direct consequence with their local populations instead of the previously difference between them, respectively. Notwithstanding, HSD usage provides a description of an awkward relation in QIS towards NMuTP, and a possible implication of that kind of relation in QIS emergent phenomena such as QC function. Reiteradamente no contexto da Ciência da Informação Quântica (CIQ) é essencialmente necessária a quantificação de sistemas físicos com respeito aos seus fenómenos quânticos, tais como a Coerência Quântica (CQ) intrínseca a estados com superposição quântica. Doravante algumas funções quantificadoras de CQ foram atribuídas ao longo dos anos através de medidas de distância em espaços de estados quânticos, denominadas medidas de dissimilaridade, desempenhando papel importante em fenômenos de correlação na CIQ, tal como Discórdia e Emaranhamento com implementação em Criptografia Quântica, por exemplo. O objetivo desta dissertação é estender a pesquisa dedicada a CQ, publicada em artigo por Jonas Maziero, efetuando uma análise aprofundada com respeito ao controle dos aspectos local e não-local da Coerência de Hilbert-Schmidt (CHS) em sistemas multipartidos e suas relações com outras funções quantificadoras de CQ, bem como a investigação de uma possível implicação da Distância de Hilbert-Schmidt (DHS) na função CQ frente a relação da Não-Monotonicidade sobre o Produto Tensorial (NMsPT) e de limitações entre Coerência e populações de estados e energia. Partindo do estado multipartido genérico de sistemas quânticos com níveis de energia (qudit), definido a partir da parametrização de Bloch, calculamos a função CQ para seus respectivos casos particulares 1-qubit, 2-qubit, 1-qutrit e duas cópias de 1-qubit adotando a DHS. Escrevendo a função CHS para este último caso em termos de suas partes local e não-local e do resultado para 1-qubit é possível, manipulando a diferença entre as populações locais, inferir uma implicação não-local na CHS para este sistema, em contraste ao que se observa adotando distintas medidas de dissimilaridade para esta função, denominadas Distância Norma-l1 e Distância Entropia Relativa, nos casos em que não há implicação e onde há consequência direta com suas populações locais do que anteriormente a diferença entre elas, respectivamente. Não obstante, o emprego da DHS proporciona o caráter de uma estranha relação na CIQ através da NMsPT, e uma possível implicação desta relação em fenômenos emergentes da CIQ tal qual a função CQ.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Quantum Coherence (QC) has a fundamental role in Quantum Mechanics (QM). It has been studied since the emergence of QM. However, this quantum feature is easily destroyed when a physical system interacts with the environment. Also, recently the quantum coherence has been highlighted because of the possibility of using its as a resource in the Quantum Information Science (QIS). In this work we study the QC flow of a qubit (two-level system) interacting with the environment modeled by quantum channels of noise that are very common in QIS. These channels represent some physical systems and are widely used for error correction studies. We calculate the QC by the l1-norm, doing this for the different channels seeking to relate it to the entanglement, which is also another key topic in QM. We note that in the amplitude damping channel the total QC is equal to the sum of the local and non-local parts and that the non-local part is equivalent to entanglement. For the phase damping channel, entanglement does not cover all non-local QC. Here there is a gap between them that may depend on the time and on the initial state. Besides, for the bit, phase, and bit phase flip channels the possibility and the conditions for invariance of QC are considered. Also, we notice that for the depolarizing channel we can use the qubit as a catalyst for the creation of non-local QC and entanglement. We, as well, observed that even initial states incoherent can lead to transient quantum coherence between system and environment. We also showed that the emergence of entanglement does not necessarily imply the destruction of QC. Furthermore, we investigated whether QC is lost or changed into other types of correlations and besides which initial conditions allow making quantum coherence robust to decoherence. A Coerência Quântica (CQ) tem aspecto fundamental na Mecânica Quântica (MQ), ela é estudada desde o surgimento da MQ todavia, a CQ é uma característica que é facilmente destruída quando um sistema físico interage com o meio ambiente. Além disso, recentemente a coerência quântica tem tido destaque devido a possibilidade de sua utilização como um recurso na Ciência da Informação Quântica (CIQ). Nesse trabalho estudamos o fluxo de CQ de um qubit (sistema de dois níveis) interagindo com o ambiente modelado por canais quânticos de ruído que são muito comuns em CIQ. Esses canais representam alguns sistemas físicos e são amplamente utilizados para o estudo de correção de erros, por exemplo. Calculamos a CQ baseados na norma-l1 para os diferentes canais buscando relacioná-la com o emaranhamento, que também é outro tópico fundamental em MQ. Notamos que para o canal amplitude damping a CQ total é igual a soma das partes local e não-local e que a parte não-local equivale ao emaranhamento. Para o canal phase damping o emaranhamento não abrange toda a CQ não-local, existindo uma lacuna entre eles que pode depender do tempo e do estado inicial. Além disso, para os canais bit, phase e bit phase flip são consideradas a possibilidade e condições para invariância da CQ. Ainda notamos que para o canal depolarizing podemos usar o qubit como um catalisador para a criação de CQ e de emaranhamento. Observamos ainda que mesmo estados iniciais incoerentes podem levar à criação de coerência quântica transitória entre sistema e ambiente. Vimos também que o surgimento do emaranhamento não implica necessariamente na diminuição da CQ do qubit. Investigamos ainda se a CQ é perdida ou transformada em outros tipos de correlações e também quais condições iniciais possibilitam tornar a coerência quântica mais robusta.

Orientador: Antonio Vidiella Barranco Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Não informado Abstract: Not informed Mestrado Física Mestre em Física