Experimental Verification of Decoherence-Free Subspaces

Using spontaneous parametric down-conversion, we produce polarization-entangled states of two photons and characterize them using two-photon tomography to measure the density matrix. A controllable decoherence is imposed on the states by passing the photons through thick, adjustable birefringent elements. When the system is subject to collective decoherence, one particular entangled state is seen to be decoherence-free, as predicted by theory. Such decoherence-free systems may have an important role for the future of quantum computation and information processing.

Measuring the decoherence rate in a semiconductor charge qubit

We describe a method by which the decoherence time of a solid-state qubit may be measured. The qubit is coded in the orbital degree of freedom of a single electron bound to a pair of donor impurities in a semiconductor host. The qubit is manipulated by adiabatically varying an external electric field. We show that by measuring the total probability of a successful qubit rotation as a function of the control field parameters, the decoherence rate may be determined. We estimate various system parameters, including the decoherence rates due to electromagnetic fluctuations and acoustic phonons. We find that, for reasonable physical parameters, the experiment is possible with existing technology. In particular, the use of adiabatic control fields implies that the experiment can be performed with control electronics with a time resolution of tens of nanoseconds.

Preparing encoded states in an oscillator

Recently a scheme has been proposed for constructing quantum error-correcting codes that embed a finite-dimensional code space in the infinite-dimensional Hilbert space of a system described by continuous quantum variables. One of the difficult steps in this scheme is the preparation of the encoded states. We show how these states can be generated by coupling a continuous quantum variable to a single qubit. An ion trap quantum computer provides a natural setting for a continuous system coupled to a qubit. We discuss how encoded states may be generated in an ion trap.

Photon-added detection

The production of conditional quantum states and quantum operations based on the result of measurement is now seen as a key tool in quantum information and metrology. We propose a different type of photon number detector. It functions nondeterministically, but when successful, it has high fidelity. The detector, which makes use of an n-photon auxiliary Fock state and high efficiency homodyne detection, allows a tunable trade-off between fidelity and probability. By sacrificing probability of operation, an excellent approximation to a photon-number detector is achieved.

Conversor estático de potência tolerante a falhas

O trabalho apresentado nesta dissertação refere-se à concepção, projecto e realização experimental de um conversor estático de potência tolerante a falhas. Foram analisados trabalhos de investigação sobre modos de falha de conversores electrónicos de potência, topologias de conversores tolerantes a falhas, métodos de detecção de falhas, entre outros. Com vista à concepção de uma solução, foram nomeados e analisados os principais modos de falhas para três soluções propostas de conversores com topologias tolerantes a falhas onde existem elementos redundantes em modo de espera. Foram analisados os vários aspectos de natureza técnica dos circuitos de potência e guiamento de sinais onde se salientam a necessidade de tempos mortos entre os sinais de disparo de IGBT do mesmo ramo, o isolamento galvânico entre os vários andares de disparo, a necessidade de minimizar as auto-induções entre o condensador DC e os braços do conversor de potência. Com vista a melhorar a fiabilidade e segurança de funcionamento do conversor estático de potência tolerante a falhas, foi concebido um circuito electrónico permitindo a aceleração da actuação normal de contactores e outro circuito responsável pelo encaminhamento e inibição dos sinais de disparo. Para a aplicação do conversor estático de potência tolerante a falhas desenvolvido num accionamento com um motor de corrente contínua, foi implementado um algoritmo de controlo numa placa de processamento digital de sinais (DSP), sendo a supervisão e actuação do sistema realizados em tempo-real, para a detecção de falhas e actuação de contactores e controlo de corrente e velocidade do motor utilizando uma estratégia de comando PWM. Foram realizados ensaios que, mediante uma detecção adequada de falhas, realiza a comutação entre blocos de conversores de potência. São apresentados e discutidos resultados experimentais, obtidos usando o protótipo laboratorial.

Manutenção proactiva de sistemas AVAC com recurso aos sistemas inteligentes multiagente

Nos tempos actuais os equipamentos para Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) ocupam um lugar de grande importância na concepção, desenvolvimento e manutenção de qualquer edifício por mais pequeno que este seja. Assim, surge a necessidade premente de racionalizar os consumos energéticos optimizando-os. A alta fiabilidade desejada nestes sistemas obriga-nos cada vez mais a descobrir formas de tornar a sua manutenção mais eficiente, pelo que é necessário prevenir de uma forma proactiva todas as falhas que possam prejudicar o bom desempenho destas instalações. Como tal, torna-se necessário detectar estas falhas/anomalias, sendo imprescíndivel que nos antecipemos a estes eventos prevendo o seu acontecimento num horizonte temporal pré-definido, permitindo actuar o mais cedo possível. É neste domínio que a presente dissertação tenta encontrar soluções para que a manutenção destes equipamentos aconteça de uma forma proactiva e o mais eficazmente possível. A ideia estruturante é a de tentar intervir ainda numa fase incipiente do problema, alterando o comportamento dos equipamentos monitorizados, de uma forma automática, com recursos a agentes inteligentes de diagnóstico de falhas. No caso em estudo tenta-se adaptar de forma automática o funcionamento de uma Unidade de Tratamento de Ar (UTA) aos desvios/anomalias detectadas, promovendo a paragem integral do sistema apenas como último recurso. A arquitectura aplicada baseia-se na utilização de técnicas de inteligência artificial, nomeadamente dos sistemas multiagente. O algoritmo utilizado e testado foi construído em Labview®, utilizando um kit de ferramentas de controlo inteligente para Labview®. O sistema proposto é validado através de um simulador com o qual se conseguem reproduzir as condições reais de funcionamento de uma UTA.

Controlo tolerante a falhas de um canal de rega

A presente dissertação pretende conceber e implementar um sistema de controlo tolerante a falhas, no canal experimental de rega da Universidade de Évora, utilizando um modelo implementado em MATLAB/SIMULINK®. Como forma de responder a este desafio, analisaram-se várias técnicas de diagnóstico de falhas, tendo-se optado por técnicas baseadas em redes neuronais para o desenvolvimento de um sistema de detecção e isolamento de falhas no canal de rega, sem ter em conta o tipo de sistema de controlo utilizado. As redes neuronais foram, assim, os processadores não lineares utilizados e mais aconselhados em situações onde exista uma abundância de dados do processo, porque aprendem por exemplos e são suportadas por teorias estatísticas e de optimização, focando não somente o processamento de sinais, como também expandindo os horizontes desse processamento. A ênfase dos modelos das redes neuronais está na sua dinâmica, na sua estabilidade e no seu comportamento. Portanto, o trabalho de investigação do qual resultou esta Dissertação teve como principais objectivos o desenvolvimento de modelos de redes neuronais que representassem da melhor forma a dinâmica do canal de rega, de modo a obter um sistema de detecção de falhas que faça uma comparação entre os valores obtidos nos modelos e no processo. Com esta diferença de valores, da qual resultará um resíduo, é possível desenvolver tanto o sistema de detecção como de isolamento de falhas baseados nas redes neuronais, possibilitando assim o desenvolvimento dum sistema de controlo tolerante a falhas, que engloba os módulos de detecção, de isolamento/diagnóstico e de reconfiguração do canal de rega. Em síntese, na Dissertação realizada desenvolveu-se um sistema que permite reconfigurar o processo em caso de ocorrência de falhas, melhorando significativamente o desempenho do canal de rega.

Revisiting transactions in Ada

Classical lock-based concurrency control does not scale with current and foreseen multi-core architectures, opening space for alternative concurrency control mechanisms. The concept of transactions executing concurrently in isolation with an underlying mechanism maintaining a consistent system state was already explored in fault-tolerant and distributed systems, and is currently being explored by transactional memory, this time being used to manage concurrent memory access. In this paper we discuss the use of Software Transactional Memory (STM), and how Ada can provide support for it. Furthermore, we draft a general programming interface to transactional memory, supporting future implementations of STM oriented to real-time systems.

On-line self-healing of circuits implemented on reconfigurable FPGAs

To boost logic density and reduce per unit power consumption SRAM-based FPGAs manufacturers adopted nanometric technologies. However, this technology is highly vulnerable to radiation-induced faults, which affect values stored in memory cells, and to manufacturing imperfections. Fault tolerant implementations, based on Triple Modular Redundancy (TMR) infrastructures, help to keep the correct operation of the circuit. However, TMR is not sufficient to guarantee the safe operation of a circuit. Other issues like module placement, the effects of multi- bit upsets (MBU) or fault accumulation, have also to be addressed. In case of a fault occurrence the correct operation of the affected module must be restored and/or the current state of the circuit coherently re-established. A solution that enables the autonomous restoration of the functional definition of the affected module, avoiding fault accumulation, re-establishing the correct circuit state in real-time, while keeping the normal operation of the circuit, is presented in this paper.

Optical processor based on a-SiC technology for spectral data error control

The SiC optical processor for error detection and correction is realized by using double pin/pin a-SiC:H photodetector with front and back biased optical gating elements. Data shows that the background act as selector that pick one or more states by splitting portions of the input multi optical signals across the front and back photodiodes. Boolean operations such as exclusive OR (EXOR) and three bit addition are demonstrated optically with a combination of such switching devices, showing that when one or all of the inputs are present the output will be amplified, the system will behave as an XOR gate representing the SUM. When two or three inputs are on, the system acts as AND gate indicating the present of the CARRY bit. Additional parity logic operations are performed by use of the four incoming pulsed communication channels that are transmitted and checked for errors together. As a simple example of this approach, we describe an all optical processor for error detection and correction and then, provide an experimental demonstration of this fault tolerant reversible system, in emerging nanotechnology.

Tolerância a falhas em sistemas de tempo-real distribuídos e embebidos

Este documento descreve um modelo de tolerância a falhas para sistemas de tempo-real distribuídos. A sugestão deste modelo tem como propósito a apresentação de uma solu-ção fiável, flexível e adaptável às necessidades dos sistemas de tempo-real distribuídos. A tolerância a falhas é um aspeto extremamente importante na construção de sistemas de tempo-real e a sua aplicação traz inúmeros benefícios. Um design orientado para a to-lerância a falhas contribui para um melhor desempenho do sistema através do melhora-mento de aspetos chave como a segurança, a confiabilidade e a disponibilidade dos sis-temas. O trabalho desenvolvido centra-se na prevenção, deteção e tolerância a falhas de tipo ló-gicas (software) e físicas (hardware) e assenta numa arquitetura maioritariamente basea-da no tempo, conjugada com técnicas de redundância. O modelo preocupa-se com a efi-ciência e os custos de execução. Para isso utilizam-se também técnicas tradicionais de to-lerância a falhas, como a redundância e a migração, no sentido de não prejudicar o tempo de execução do serviço, ou seja, diminuindo o tempo de recuperação das réplicas, em ca-so de ocorrência de falhas. Neste trabalho são propostas heurísticas de baixa complexida-de para tempo-de-execução, a fim de se determinar para onde replicar os componentes que constituem o software de tempo-real e de negociá-los num mecanismo de coordena-ção por licitações. Este trabalho adapta e estende alguns algoritmos que fornecem solu-ções ainda que interrompidos. Estes algoritmos são referidos em trabalhos de investiga-ção relacionados, e são utilizados para formação de coligações entre nós coadjuvantes. O modelo proposto colmata as falhas através de técnicas de replicação ativa, tanto virtual como física, com blocos de execução concorrentes. Tenta-se melhorar ou manter a sua qualidade produzida, praticamente sem introduzir overhead de informação significativo no sistema. O modelo certifica-se que as máquinas escolhidas, para as quais os agentes migrarão, melhoram iterativamente os níveis de qualidade de serviço fornecida aos com-ponentes, em função das disponibilidades das respetivas máquinas. Caso a nova configu-ração de qualidade seja rentável para a qualidade geral do serviço, é feito um esforço no sentido de receber novos componentes em detrimento da qualidade dos já hospedados localmente. Os nós que cooperam na coligação maximizam o número de execuções para-lelas entre componentes paralelos que compõem o serviço, com o intuito de reduzir atra-sos de execução. O desenvolvimento desta tese conduziu ao modelo proposto e aos resultados apresenta-dos e foi genuinamente suportado por levantamentos bibliográficos de trabalhos de in-vestigação e desenvolvimento, literaturas e preliminares matemáticos. O trabalho tem também como base uma lista de referências bibliográficas.

An automated maneuver control framework for a remotely operated vehicle

OCEANS, 2001. MTS/IEEE Conference and Exhibition (Volume:2 )

Pervasive adaptive data acquisition gateway for critical healthcare

The data acquisition process in real-time is fundamental to provide appropriate services and improve health professionals decision. In this paper a pervasive adaptive data acquisition architecture of medical devices (e.g. vital signs, ventilators and sensors) is presented. The architecture was deployed in a real context in an Intensive Care Unit. It is providing clinical data in real-time to the INTCare system. The gateway is composed by several agents able to collect a set of patients’ variables (vital signs, ventilation) across the network. The paper shows as example the ventilation acquisition process. The clients are installed in a machine near the patient bed. Then they are connected to the ventilators and the data monitored is sent to a multithreading server which using Health Level Seven protocols records the data in the database. The agents associated to gateway are able to collect, analyse, interpret and store the data in the repository. This gateway is composed by a fault tolerant system that ensures a data store in the database even if the agents are disconnected. The gateway is pervasive, universal, and interoperable and it is able to adapt to any service using streaming data.

Estudio e implementación de una autoridad de certificación distribuida

Aquest projecte presenta, en primer lloc, un estudi dels protocols de generació de claus criptogràfiques i autoritats de certificació distribuïdes més destacables desenvolupades fins a l'actualitat. Posteriorment, implementem un protocol, que toleri les errades, de generació distribuïda de claus RSA sense servidor de confiança, orientat a xarxes ad-hoc. El protocol necessita la participació conjunta de n nodes per generar un mòdul RSA (N = pq), un exponent d'encriptació públic i les particions de l'exponent privat d, seguint un esquema llindar (t, n).

Políticas de encaminamiento tolerantes a fallos

El uso intensivo y prolongado de computadores de altas prestaciones para ejecutar aplicaciones computacionalmente intensivas, sumado al elevado número de elementos que los componen, incrementan drásticamente la probabilidad de ocurrencia de fallos durante su funcionamiento. El objetivo del trabajo es resolver el problema de tolerancia a fallos para redes de interconexión de altas prestaciones, partiendo del diseño de polí­ticas de encaminamiento tolerantes a fallos. Buscamos resolver una determinada cantidad de fallos de enlaces y nodos, considerando sus factores de impacto y probabilidad de aparición. Para ello aprovechamos la redundancia de caminos de comunicación existentes, partiendo desde enfoques de encaminamiento adaptativos capaces de cumplir con las cuatro fases de la tolerancia a fallos: detección del error, contención del daño, recuperación del error, y tratamiento del fallo y continuidad del servicio. La experimentación muestra una degradación de prestaciones menor al 5%. En el futuro, se tratará la pérdida de información en tránsito.