Non-Markovian dynamics in quantum optical dephasing channels

Quantum computation and quantum communication are two of the most promising future applications of quantum mechanics. Since the information carriers used in both of them are essentially open quantum systems it is necessary to understand both quantum information theory and the theory of open quantum systems in order to investigate realistic implementations of such quantum technologies. In this thesis we consider the theory of open quantum systems from a quantum information theory perspective. The thesis is divided into two parts: review of the literature and original research. In the review of literature we present some important definitions and known results of open quantum systems and quantum information theory. We present the definitions of trace distance, two channel capacities and superdense coding capacity and give a reasoning why they can be used to represent the transmission efficiency of a communication channel. We also show derivations of some properties useful to link completely positive and trace preserving maps to trace distance and channel capacities. With the help of these properties we construct three measures of non-Markovianity and explain why they detect non-Markovianity. In the original research part of the thesis we study the non-Markovian dynamics in an experimentally realized quantum optical set-up. For general one-qubit dephasing channels we calculate the explicit forms of the two channel capacities and the superdense coding capacity. For the general two-qubit dephasing channel with uncorrelated local noises we calculate the explicit forms of the quantum capacity and the mutual information of a four-letter encoding. By using the dynamics in the experimental implementation as a set of specific dephasing channels we also calculate and compare the measures in one- and two-qubit dephasing channels and study the options of manipulating the environment to achieve revivals and higher transmission rates in superdense coding protocol with dephasing noise. Kvanttilaskenta ja kvanttikommunikaatio ovat kaksi puhutuimmista tulevaisuuden kvanttimekaniikan käytännön sovelluksista. Koska molemmissa näistä informaatio koodataan systeemeihin, jotka ovat oleellisesti avoimia kvanttisysteemejä, sekä kvantti-informaatioteorian, että avointen kvanttisysteemien tuntemus on välttämätöntä. Tässä tutkielmassa käsittelemme avointen kvanttisysteemien teoriaa kvantti-informaatioteorian näkökulmasta. Tutkielma on jaettu kahteen osioon: kirjallisuuskatsaukseen ja omaan tutkimukseen. Kirjallisuuskatsauksessa esitämme joitakin avointen kvanttisysteemien ja kvantti-informaatioteorian tärkeitä määritelmiä ja tunnettuja tuloksia. Esitämme jälkietäisyyden, kahden kanavakapasiteetin ja superdense coding -kapasiteetin määritelmät ja esitämme perustelun sille, miksi niitä voidaan käyttää kuvaamaan kommunikointikanavan lähetystehokkuutta. Näytämme myös todistukset kahdelle ominaisuudelle, jotka liittävät täyspositiiviset ja jäljensäilyttävät kuvaukset jälkietäisyyteen ja kanavakapasiteetteihin. Näiden ominaisuuksien avulla konstruoimme kolme epä-Markovisuusmittaa ja perustelemme, miksi ne havaitsevat dynamiikan epä-Markovisuutta. Oman tutkimuksen osiossa tutkimme epä-Markovista dynamiikkaa kokeellisesti toteutetussa kvanttioptisessa mittausjärjestelyssä. Yleisen yhden qubitin dephasing-kanavan tapauksessa laskemme molempien kanavakapasiteettien ja superdense coding -kapasiteetin eksplisiittiset muodot. Yleisen kahden qubitin korreloimattomien ympäristöjen dephasing-kanavan tapauksessa laskemme yhteisen informaation lausekkeen nelikirjaimisessa koodauksessa ja kvanttikanavakapasiteetin. Käyttämällä kokeellisen mittajärjestelyn dynamiikkoja esimerkki dephasing-kanavina me myös laskemme konstruoitujen epä-Markovisuusmittojen arvot ja vertailemme niitä yksi- ja kaksi-qubitti-dephasing-kanavissa. Lisäksi käyttäen kokeellisia esimerkkikanavia tutkimme, kuinka ympäristöä manipuloimalla superdense coding –skeemassa voidaan saada yhteinen informaatio ajoittain kasvamaan tai saavuttaa kaikenkaikkiaan korkeampi lähetystehokkuus.

Asiakaslähtöisen paikkatiedon hyödyntäminen automaattisessa karttatuotantojärjestelmässä

In this work a system to add customers own geographic information on a map was developed. After the objects are added the map is produced completely automatically. Adding the objects does not add any extra work when maps are printed. Simple drawing tools to add the objects were implemented. Tools to import geometry data from some geographic information files were also added. The objects are stored in a spatial database so they can be viewed and edited later. The added objects are passed to the map production system as a SVG-file.

Mobile robot localization using sonar ranging and wlan intensity maps

 Main goal of this thesis was to implement a localization system which uses sonars and WLAN intensity maps to localize an indoor mobile robot. A probabilistic localization method, Monte Carlo Localization is used in localization. Also the theory behind probabilistic localization is explained. Two main problems in mobile robotics, path tracking and global localization, are solved in this thesis. Implemented system can achieve acceptable performance in path tracking. Global localization using WLAN received signal strength information is shown to provide good results, which can be used to localize the robot accurately, but also some bad results, which are no use when trying to localize the robot to the correct place. Main goal of solving ambiguity in office like environment is achieved in many test cases.

Immunomodulation of allergic immune response during specific immunotherapy

Atopic, IgE-mediated allergies are one of the major public health problems in Finland and other Western countries. These diseases are characterized by type 2 T helper (Th2) cell predominated immune responses (interleukin-4 (IL-4), IL-5) against ubiquitous environmental allergens. Despite of adequate pharmacological treatment, more than 20% of the patients with allergic rhinitis develop asthma. Allergen specific immunotherapy (SIT) is the only treatment currently available to affect to the natural course of allergic diseases. This treatment involves repeated administration of allergens to the patients either via sublingual route (sublingual immunotherapy, SLIT) or by subcutaneous injections (subcutaneous immunotherapy, SCIT). Successful treatment with SCIT or SLIT has been shown to provide long-term remission in symptoms, and prevent disease progression to asthma, but the immunological mechanisms behind these beneficial effects are not yet completely understood. Increased knowledge of such mechanisms could not only help to improve SIT efficacy, but also provide tools to monitor the development of clinical response to SIT in individual patients, and possibly also, predict the ultimate therapeutic outcome. The aim of this work was to clarify the immunological mechanisms associated with SIT by investigating the specific allergen-induced immune responses in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of allergic rhinitis patients during the course of SLIT and SCIT. The results of this work demonstrate that both therapies induced increases in the protective, Th2-balancing Th1 type immune responses in PBMC, e.g. by up-regulating signaling lymphocytic activation molecule (SLAM) and interferon gamma (IFN-γ) expression, and augmented tolerogenic T regulatory (Treg) cell type responses against the specific allergens, e.g. by increasing IL-10 or Forkhead box P3 (FOXP3) expression. The induction of allergen-specific Th1 and Treg type responses during SLIT were dependent on the treatment dose, favoring high allergen dose SLIT. During SCIT, the early decrease in Th2 type cytokine production - in particular of IL-4 mRNA and IL-4/IFN-γ expression ratio - was associated with the development of good therapeutic outcome. Conversely, increases in both Th2 (IL-5) and Th1 (IFN-γ, SLAM) type responses and IL-10 mRNA production were seen in the patients with less effective outcome. In addition, increase in Th17 type cytokine (IL-17) mRNA production was found in the PBMC of patients with less effective outcome during both SLIT and SCIT. These data strengthen the current hypothesis that immunomodulation of allergen-specific immune responses from the prevailing Th2-biased responses towards a more Th1 type, and induction of tolerogenic Treg cells producing IL-10 represent the two key mechanisms behind the beneficial effects of SIT. The data also give novel insight into the mechanisms why SIT may fail to be effective in some patients by demonstrating a positive correlation between the proinflammatory IL-17 responses, Th2 type IL-5 production and clinical symptoms. Taken together, these data indicate that the analysis of Th1, Th2, Treg ja Th17-associated immune markers such as IL-10, SLAM, IL-4, IL-5 and IL-17 could provide tools to monitor the development of clinical response to SIT, and thereby, predict the ultimate clinical outcome already in the early course of the treatment.

Ikääntyvät työelämässä. Päihittääkö nuoruus ja koulutus aikuisuuden ja kokemuksen?

The Ageing in Working Life. Do Adolescence and Schooling Beat Adulthood and Experience? This study examines the changes in the work and the work organisations of employees in the fields of health care and retail trade who have turned 45 and their experience of change. In addition, the question of how ageing employees experience their status in post-modern working life is explored. Attention is also focused on the choices and decisions connected with staying at work and retiring. These views are examined in relation to professions and professional cultures. Thematic interviews (N=98) were used to gather the material. The effects of the market liberalistic turn in welfare policy are clearly seen in the everyday work of the health care professions. These changes were examined from the point of view of managing by outcomes and quality assurance, multi-professional cooperation, flexibility in the division of labour, and the spread of market-like procedures. The discourse of those in involved retail trade was dominated by extremely tight global market competition and control of outcomes, and by the structural changes taking place in the retail trade sector. This change discourse was to a large extent a reaction to those changes in the functional environment which were experienced as negative and to the conflict between their own professional identity and professional ethics on the one hand, and their functional environment on the other. There were also obstacles connected with professional culture: defending one's own station and power, guarding the 'frontier', showed up in attitudes towards new management and organisation models or towards structural and functional reforms. The deep structures of professional culture and the mindset of the actors change much more slowly than the functional practices of organisations. For those in a supervisory position, the loss of power due to becoming part of a chain or because of the introduction of a team organisation model was not an easy thing to accept. The nurses and others in related fields felt that they were forced to do work that was below their level of training and professional skill. For sales personnel and those who did assisting work in health care, power and the possibility of having an influence were not so important, as long as they were able to do their work in their own way and were trusted. This view is often completely forgotten, for example, in various organisation models in which power and the possibility of having an influence entwined with power are taken for granted as being clearly positive and desired aspects of job satisfaction. Up to date professional skills were experienced as being important from the point of view of professional identity and self-worth. Thus, training can be understood as a moral obligation, which in turn is intertwined with professional ideology. In the rhetoric of adult education, an adult is expected to be an active player who will seek training again and again if working life so requires. The dark side of this ideology, which leads to feelings of guilt, was apparent in the thoughts of the respondents. Am I never good enough at my job; why must I continually strive for better, additional qualifications? The majority of the respondents evaluated their expertise as being at quite a high level. This self-confidence did not extend to applying for a job. Job recruitment was seen as a situation in which age discrimination reached its peak. The interviewees were unanimous about the idea that society favours the young. Especially among those in the retail trade sector, there was a feeling that it would be difficult, if not impossible, to find a new job of the same level or a permanent post if they were made redundant. Age discrimination was also apparent in the retail trade field in the form of older employees being retired against their will or transferred to other tasks. It was felt that ruthless forced retirement of older workers was part of the personnel policy of some organisations. The importance of one's outward appearance was connected with the theme of discrimination. This phenomenon is described using the concept of the double standard of ageing in feminist research. An ageing woman is relegated to an inferior position due to both her age and her sex. A culture that would both make possible and allow various types of choices regardless of age, which is described as being characteristic of the post-modern era, does not seem to be very topical in the practice of working life. It is important for employees that the management and the personnel policy that is being implemented makes them feel like both their contribution and they as individuals are appreciated, that their opinions are listened to and that they are noticed as persons. The interviewees hoped for gratitude and a concern for the well-being of employees that shows in everyday life. They valued training and activities aimed at maintaining their work ability, but thought that better coping at work and a pleasant working environment cannot be achieved through such measures as along as the foundation is 'in a mess'. Development of the quality of working life is the only thing that can improve job satisfaction and get people to remain in the work force longer than at present. There should be a sufficient number of properly trained employees at the work place. It was important to the respondents that they be able to stay on their job to the end with honour, since compromising with their own quality standards or acting contrary to their ideal self-image in terms of professional ethics would strike a blow to their professional self-esteem. They called for the development of various types of workplace flexibility, and felt that they have the right to a lightened workload and to early retirement. Early retirement was even seen as an altruistic deed: it would free up a place for younger workers. Thoughts of retirements were explained by familiar factors such as health and finances, life situation, the enticement of free-time, as well as by various factors related to work. It is very important to ageing employees that their work has meaningful content. The values related to self-fulfilment are felt to be of great importance, and if they cannot be realised at work, the respondents wanted more free time, either through retirement or in the form of flexibility in working life.

Distortion properties of quasiconformal maps

In this Licentiate thesis we investigate the absolute ratio δ, j, ˜j and hyperbolic ρ metrics and their relations with each other. Various growth estimates are given for quasiconformal mpas both in plane and space. Some Hölder constants were refined with respect δ, j ˜j metrics. Some new results regarding the Hölder continuity of quasiconformal and quasiregular mapping of unit ball with respect to Euclidean and hyperbolic metrics are given, which were obtained by many authors in 1980’s. Applications are given to the study of metric space, quasiconformal and quasiregular maps in the plane and as well as in the space.

Koulutetut maahanmuuttajat työmarkkinoilla. Tutkimus korkeakoulututkinnon suorittaneiden maahanmuuttajien työllistymisestä ja työurien alusta Suomessa

Maahanmuuttajien määrä on Suomessa merkittävämmin lisääntynyt vasta 1990- ja 2000-luvuilla. Vuonna 2010 Suomessa asui lähes 170 000 ulkomaan kansalaista. Tavallisimmin Suomeen muutetaan avioliiton, paluumuuton tai pakolaisuuden vuoksi. Pieni, joskin kasvava joukko muuttaa työn tai opiskelun vuoksi. Myös kansalaisuuksien, koulutustaustojen, ammattien jne. kirjo muuttajien joukossa on suuri. Ulkomaan kansalaisten lisääntyessä Suomessa on jouduttu kohtaamaan monenlaisia maahanmuuttoon liittyviä haasteita, joista työllistymiseen liittyvät kysymykset eivät ole vähäisimpiä. Tutkimuksessa tarkastellaan lähtömaassaan korkeakoulututkinnon suorittaneiden maahanmuuttajien työllistymistä ja työuran alkua Suomessa. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, miten korkeakoulutetut maahanmuuttajat ovat Suomessa työllistyneet, minkälaisia heidän työuriensa alut ovat Suomessa olleet ja miten he ovat onnistuneet uudessa maassa hyödyntämään lähtömaassa hankkimaansa koulutusta. Lisäksi tutkimuksessa tarkastellaan, miten maahanmuuttajien lähtömaan erilaiset elämäntilanteet, olosuhteet ja valinnat ovat vaikuttaneet työuran muotoutumiseen Suomessa. Tutkimuksen aineisto muodostuu kysely- sekä haastatteluaineistosta. Kyselyaineiston (n=99) tarkoituksena on luoda määrällistä kuvaa korkeakoulutettujen maahanmuuttajien työllistymisestä Suomessa. Numerotietojen taakse jää kuitenkin näkymättömiin tieto maahanmuuttajien yksilöllisistä kokemuksista liittyen työllistymiseen ja työuran muotoutumiseen uudessa maassa. Toisena aineistona hyödynnettävän elämäkerrallisen haastatteluaineiston (n=20) kautta on mahdollista tehdä näkyväksi ne tutkittavien yksilölliset työ- ja koulutusuraan liittyvät valinnat, joita maahanmuuttajat ovat tehneet niin lähtömaassa kuin Suomessa sekä ne tilanteet ja olosuhteet, joissa tutkittavat ovat lähtömaassa eläneet ja joiden pohjalta he ovat tulleet Suomeen ja Suomen työmarkkinoille. Aineistoissa mukana olevat maahanmuuttajat olivat pääosin avioliiton, paluumuuton sekä pakolaisuuden vuoksi Suomeen tulleita. Vain muutama oli tullut työn vuoksi. Maahanmuuttajien työmarkkina-asemaa selitetään usein maahanmuuttajien resursseilla, kuten kielitaidolla, koulutuksella, työkokemuksella, sosiaalisten suhteiden ja verkostojen laadulla ja määrällä jne. Myös maahanmuuttajiin kohdistuvilla syrjivillä ja ennakkoluuloisilla asenteilla on keskeinen merkitys työllistymisessä. Koulutuksen ollessa yksi keskeisimmistä työmarkkina-asemaa määräävistä tekijöistä, tulisi koulutettujen maahanmuuttajien sijoittua hankitun tutkinnon oikeuttamiin tehtäviin. Tutkimuksessa kuitenkin havaittiin, että työllistyminen oli maahanmuuttajilla vaikeaa hyvästä koulutuksesta huolimatta. Kyselyaineistoon vastanneista vain muutama (6 %) oli työssä heti Suomeen muuttovuoden lopussa, kolme vuotta Suomessa asuttuaan työssä oli runsas kolmannes (35 %) ja aineistonkeruuhetkellä eli vuonna 2004 työssä oli 38 % vastaajista. Työsuhteet olivat tutkittavilla useimmiten määräaikaisia ja kestoltaan lyhyitä. Lisäksi työurat koostuivat runsaasta työttömyydestä sekä koulutukseen osallistumisesta. Myönteistä kuitenkin oli, että mikäli korkeakoulutetut maahanmuuttajat onnistuivat Suomessa työllistymään, vastasi työ usein joko kokonaan tai ainakin osittain hankittua korkeakoulututkintoa. Korkeakoulutettujen maahanmuuttajien työuran alut Suomessa voidaan tyypitellä kolmeen ryhmään, joista kukin jakaantui vielä kahteen alaryhmään siten, että kaiken kaikkiaan saatiin kuusi erilaista työuran alun tyyppiä: koulutusta vastaava vakaa ja vakiintuva ura, koulutusta osittain vastaava sekaura ja laskeva ura sekä koulutusta vastaamaton sisääntuloura ja työttömän ura . Haastatteluaineiston kautta tarkastellaan korkeakoulutettujen maahanmuuttajien yksilöllisiä elämänuria lähtien liikkeelle korkeakoulutettujen maahanmuuttajien lähtömaassa tekemistä ura- ja ammatinvalinnoista jatkuen Suomeen muuton kautta aina työuran muotoutumiseen Suomessa. Haastatteluja toisistaan erottelevina keskeisinä teemoina olivat toisaalta pärjääminen Suomessa ja suomalaisilla työmarkkinoilla toisaalta elämän muotoutuminen lähtömaassa ja nimenomaan siellä tehdyt ura- ja ammatinvalinnat ja niihin liittyvät kokemukset ja elämäntilanteet. Näiden kriteerien pohjalta aineisto jakaantui kolmeen ryhmään, jotka nimettiin pärjääjiksi, harhailijoiksi ja sinnittelijöiksi. Pärjääjien kertomukset muotoutuivat tietyllä tavalla myönteisen kehän kautta: niin lähtömaassa tehdyt ammatinvalinnat kuin työuran muotoutuminen Suomessa tapahtuivat suhteellisen vaivattomasti. Useimmiten työt Suomessa vastasivat lähtömaassa hankittua koulutusta. Omiin uravalintoihin oltiin myöhemmin myös tyytyväisiä. Harhailijoille oman paikan löytyminen oli puolestaan hankalampaa. Leimallista tälle ryhmälle oli tietynlainen valintojen vaikeus sekä tyytymättömyys omiin aikaisemmin tehtyihin ratkaisuihin. Jotkut harmittelivat nuorena tekemiään uravalintoja niin, että päättivät Suomessa hankkia kokonaan uuden ammatin. Muutto Suomeen merkitsi useimmille ammatillisen aseman laskua. Sinnittelijät kertoivat jo lähtökohdiltaan kahteen muuhun ryhmään nähden hyvin erilaista tarinaa. Tämän ryhmän lähes koko elämä lähtömaassa oli sodan ja levottomuuksien sävyttämää. Tämä näkyi myös ammatinvalinnassa: opiskelupaikka oli saatettu valita esimerkiksi sen perusteella, missä oli milloinkin turvallista opiskella. Myös Suomeen muutto erosi kahdesta aikaisemmasta ryhmästä, sillä lähtö entisestä kotimaasta oli tapahtunut usein hyvinkin yllättäen vailla etukäteissuunnittelua tilanteiden kärjistyttyä nopeasti. Suomessa työelämään pääseminen oli kaikille sinnittelijöille vaikeaa ja haastatteluhetkellä useilla vielä hyvin alkutekijöissä. Hyväkään koulutus ei aina takaa maahanmuuttajille työtä uudessa maassa, sillä hankittua tutkintoa ja osaamista ei ole helppo siirtää maasta toiseen. Pahimmassa tapauksessa vieraassa maassa suoritettu korkeakoulututkinto voi kokonaan mitätöityä uudessa maassa ja korkeakoulututkinnon myötä hankittu osaaminen menettää täysin arvonsa. Kyse on niin yksilön kuin yhteiskunnankin resurssien tuhlaamisesta tilanteessa, jossa maassa pysyvästi asuvat koulutetut maahanmuuttajat työskentelevät tavalla tai toisella koulutustaan vastaamattomissa epävakaissa töissä, työmarkkinoiden laitamilla tai ovat kokonaan työmarkkinoiden ulkopuolella.

Salon keskusta-alueen tulvasuojelu : Tulvasuojelutoimenpiteiden mitoitus ja arviointi

Uskelanjoki virtaa Salon kaupungin läpi ja varsinkin jääpato tulvatilanteissa tulvavedenkorkeudet uhkaavat nousta maa-alueille. Tässä työssä tutkittiin valittujen tulvasuojelutoimenpiteiden vaikutuksia tulvavedenkorkeuksiin Uskelanjoessa sekä Salon kaupungin keskusta-alueella. Tavoitteena oli löytää Uskelanjoen tulvimisen ehkäisyyn kustannustehokas ratkaisu. Työssä mallinnettiin Uskelanjoen vedenkorkeuksia yksidimensionaalisesti käyttäen HEC-RAS -mallia. Mallinnus suoritettiin mitoitustulvalla tulvasuojelutoimenpiteille, jotka olivat jäidenpidätysrakennelmien rakentaminen, ruoppaus, pengerrys sekä näiden vaihtoehtojen yhdistelmät. Mallinnuksesta saatujen tulvavedenkorkeuksien avulla laadittiin tarkastellulta uomaosuudelta tulvavaarakartat sekä tulvavahinkoarviot. Näiden tietojen pohjalta voitiin vaihtoehtojen hyötyjä vertailla käyttämällä kustannus-hyötyanalyysia. Kustannus-hyötyanalyysin tuloksista havaittiin, että jäidenpidätysrakennelmat osoittautuivat parhaaksi tulvasuojeluvaihtoehdoksi Uskelanjoessa. Muutkin työssä tutkitut vaihtoehdot osoittautuivat kannattaviksi. Epävarmuuden kumuloituminen vedenkorkeuksien mallinnuksesta hyötyjen ja haittojen arviointiin luo oman epävarmuutensa tässä työssä laskettuihin arvoihin. Tätä epävarmuutta on tutkittu työssä käyttämällä herkkyysanalyysia. Herkkyysanalyysin tuloksia tarkastelemalla jäidenpidätysrakennelmien rakentaminen osoittautui kaikkein riskivapaimmaksi vaihtoehdoksi Uskelanjoen tulvasuojelussa.

Online peer to peer lending: clustering borrowers using self-organizing maps

The purpose of this thesis is to find out whether all the peer to peer lenders are unworthy of credit and also if there are single qualities or combinations of qualities that determine the probability of default of a person or group of people. Distinguishing qualities are searched with self-organizing maps (SOM). Qualities and groups of people found by the self-organizing map are then compared to the average. The comparison is carried out by looking how big proportion of borrowers meeting the criteria is two months or more behind with their payments. Research data used is collected by an Estonian peer to peer lending company during the years of 2011-2014. Data consists of peer to peer borrowers and information gathered from them.

Polybii internum mare

Julkaisussa: Recherches sur la géographie systématique et positive des anciens pour servir de base à l'histoire de la géographie ancienne. Vol II

Marini Tyrii systema geographicum

Julkaisussa: Recherches sur la géographie systématique et positive des anciens pour servir de base à l'histoire de la géographie ancienne. Vol II