923 resultados para quantum information theory


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We address the propagation of a single photon pulse with two polarization components, i.e., a polarization qubit, in an inhomogeneously broadened "phaseonium" \Lambda-type three-level medium. We combine some of the non-trivial propagation effects characteristic for this kind of coherently prepared systems and the controlled reversible inhomogeneous broadening technique to propose several quantum information processing applications, such as a protocol for polarization qubit filtering and sieving as well as a tunable polarization beam splitter. Moreover, we show that, by imposing a spatial variation of the atomic coherence phase, an effcient quantum memory for the incident polarization qubit can be also implemented in \Lambda-type three-level systems.

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Cascade control is one of the routinely used control strategies in industrial processes because it can dramatically improve the performance of single-loop control, reducing both the maximum deviation and the integral error of the disturbance response. Currently, many control performance assessment methods of cascade control loops are developed based on the assumption that all the disturbances are subject to Gaussian distribution. However, in the practical condition, several disturbance sources occur in the manipulated variable or the upstream exhibits nonlinear behaviors. In this paper, a general and effective index of the performance assessment of the cascade control system subjected to the unknown disturbance distribution is proposed. Like the minimum variance control (MVC) design, the output variances of the primary and the secondary loops are decomposed into a cascade-invariant and a cascade-dependent term, but the estimated ARMA model for the cascade control loop based on the minimum entropy, instead of the minimum mean squares error, is developed for non-Gaussian disturbances. Unlike the MVC index, an innovative control performance index is given based on the information theory and the minimum entropy criterion. The index is informative and in agreement with the expected control knowledge. To elucidate wide applicability and effectiveness of the minimum entropy cascade control index, a simulation problem and a cascade control case of an oil refinery are applied. The comparison with MVC based cascade control is also included.

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Esta tese descreve uma framework de trabalho assente no paradigma multi-camada para analisar, modelar, projectar e optimizar sistemas de comunicação. Nela se explora uma nova perspectiva acerca da camada física que nasce das relações entre a teoria de informação, estimação, métodos probabilísticos, teoria da comunicação e codificação. Esta framework conduz a métodos de projecto para a próxima geração de sistemas de comunicação de alto débito. Além disso, a tese explora várias técnicas de camada de acesso com base na relação entre atraso e débito para o projeto de redes sem fio tolerantes a atrasos. Alguns resultados fundamentais sobre a interação entre a teoria da informação e teoria da estimação conduzem a propostas de um paradigma alternativo para a análise, projecto e optimização de sistemas de comunicação. Com base em estudos sobre a relação entre a informação recíproca e MMSE, a abordagem descrita na tese permite ultrapassar, de forma inovadora, as dificuldades inerentes à optimização das taxas de transmissão de informação confiáveis em sistemas de comunicação, e permite a exploração da atribuição óptima de potência e estruturas óptimas de pre-codificação para diferentes modelos de canal: com fios, sem fios e ópticos. A tese aborda também o problema do atraso, numa tentativa de responder a questões levantadas pela enorme procura de débitos elevados em sistemas de comunicação. Isso é feito através da proposta de novos modelos para sistemas com codificação de rede (network coding) em camadas acima da sua camada física. Em particular, aborda-se a utilização de sistemas de codificação em rede para canais que variam no tempo e são sensíveis a atrasos. Isso foi demonstrado através da proposta de um novo modelo e esquema adaptativo, cujos algoritmos foram aplicados a sistemas sem fios com desvanecimento (fading) complexo, de que são exemplos os sistemas de comunicação via satélite. A tese aborda ainda o uso de sistemas de codificação de rede em cenários de transferência (handover) exigentes. Isso é feito através da proposta de novos modelos de transmissão WiFi IEEE 801.11 MAC, que são comparados com codificação de rede, e que se demonstram possibilitar transferência sem descontinuidades. Pode assim dizer-se que esta tese, através de trabalho de análise e de propostas suportadas por simulações, defende que na concepção de sistemas de comunicação se devem considerar estratégias de transmissão e codificação que sejam não só próximas da capacidade dos canais, mas também tolerantes a atrasos, e que tais estratégias têm de ser concebidas tendo em vista características do canal e a camada física.

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Ce travail de maîtrise a mené à la rédaction d'un article (Physical Review A 80, 062319 (2009)).

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Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Nous introduisons un nouveau modèle de la communication à deux parties dans lequel nous nous intéressons au temps que prennent deux participants à effectuer une tâche à travers un canal avec délai d. Nous établissons quelques bornes supérieures et inférieures et comparons ce nouveau modèle aux modèles de communication classiques et quantiques étudiés dans la littérature. Nous montrons que la complexité de la communication d’une fonction sur un canal avec délai est bornée supérieurement par sa complexité de la communication modulo un facteur multiplicatif d/ lg d. Nous présentons ensuite quelques exemples de fonctions pour lesquelles une stratégie astucieuse se servant du temps mort confère un avantage sur une implémentation naïve d’un protocole de communication optimal en terme de complexité de la communication. Finalement, nous montrons qu’un canal avec délai permet de réaliser un échange de bit cryptographique, mais que, par lui-même, est insuffisant pour réaliser la primitive cryptographique de transfert équivoque.

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La thèse est divisée principalement en deux parties. La première partie regroupe les chapitres 2 et 3. La deuxième partie regroupe les chapitres 4 et 5. La première partie concerne l'échantillonnage de distributions continues non uniformes garantissant un niveau fixe de précision. Knuth et Yao démontrèrent en 1976 comment échantillonner exactement n'importe quelle distribution discrète en n'ayant recours qu'à une source de bits non biaisés indépendants et identiquement distribués. La première partie de cette thèse généralise en quelque sorte la théorie de Knuth et Yao aux distributions continues non uniformes, une fois la précision fixée. Une borne inférieure ainsi que des bornes supérieures pour des algorithmes génériques comme l'inversion et la discrétisation figurent parmi les résultats de cette première partie. De plus, une nouvelle preuve simple du résultat principal de l'article original de Knuth et Yao figure parmi les résultats de cette thèse. La deuxième partie concerne la résolution d'un problème en théorie de la complexité de la communication, un problème qui naquit avec l'avènement de l'informatique quantique. Étant donné une distribution discrète paramétrée par un vecteur réel de dimension N et un réseau de N ordinateurs ayant accès à une source de bits non biaisés indépendants et identiquement distribués où chaque ordinateur possède un et un seul des N paramètres, un protocole distribué est établi afin d'échantillonner exactement ladite distribution.

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Shape complexity has recently received attention from different fields, such as computer vision and psychology. In this paper, integral geometry and information theory tools are applied to quantify the shape complexity from two different perspectives: from the inside of the object, we evaluate its degree of structure or correlation between its surfaces (inner complexity), and from the outside, we compute its degree of interaction with the circumscribing sphere (outer complexity). Our shape complexity measures are based on the following two facts: uniformly distributed global lines crossing an object define a continuous information channel and the continuous mutual information of this channel is independent of the object discretisation and invariant to translations, rotations, and changes of scale. The measures introduced in this paper can be potentially used as shape descriptors for object recognition, image retrieval, object localisation, tumour analysis, and protein docking, among others

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Es mostra que, gracies a una extensió en la definició dels Índexs Moleculars Topològics, s'arriba a la formulació d'índexs relacionats amb la teoria de la Semblança Molecular Quàntica. Es posa de manifest la connexió entre les dues metodologies: es revela que un marc de treball teòric sòlidament fonamentat sobre la teoria de la Mecànica Quàntica es pot connectar amb una de les tècniques més antigues relacionades amb els estudis de QSPR. Es mostren els resultats per a dos casos d'exemple d'aplicació d'ambdues metodologies

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El processament d'imatges mèdiques és una important àrea de recerca. El desenvolupament de noves tècniques que assisteixin i millorin la interpretació visual de les imatges de manera ràpida i precisa és fonamental en entorns clínics reals. La majoria de contribucions d'aquesta tesi són basades en Teoria de la Informació. Aquesta teoria tracta de la transmissió, l'emmagatzemament i el processament d'informació i és usada en camps tals com física, informàtica, matemàtica, estadística, biologia, gràfics per computador, etc. En aquesta tesi, es presenten nombroses eines basades en la Teoria de la Informació que milloren els mètodes existents en l'àrea del processament d'imatges, en particular en els camps del registre i la segmentació d'imatges. Finalment es presenten dues aplicacions especialitzades per l'assessorament mèdic que han estat desenvolupades en el marc d'aquesta tesi.

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La present tesi està centrada en l'ús de la Teoria de Semblança Quàntica per a calcular descriptors moleculars. Aquests descriptors s'utilitzen com a paràmetres estructurals per a derivar correlacions entre l'estructura i la funció o activitat experimental per a un conjunt de compostos. Els estudis de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat són d'especial interès per al disseny racional de molècules assistit per ordinador i, en particular, per al disseny de fàrmacs. Aquesta memòria consta de quatre parts diferenciades. En els dos primers blocs es revisen els fonaments de la teoria de semblança quàntica, així com l'aproximació topològica basada en la teoria de grafs. Ambdues teories es fan servir per a calcular els descriptors moleculars. En el segon bloc, s'ha de remarcar la programació i implementació de programari per a calcular els anomenats índexs topològics de semblança quàntica. La tercera secció detalla les bases de les Relacions Quantitatives Estructura-Activitat i, finalment, el darrer apartat recull els resultats d'aplicació obtinguts per a diferents sistemes biològics.

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This text contains papers presented at the Institute of Mathematics and its Applications Conference on Control Theory, held at the University of Strathclyde in Glasgow. The contributions cover a wide range of topics of current interest to theoreticians and practitioners including algebraic systems theory, nonlinear control systems, adaptive control, robustness issues, infinite dimensional systems, applications studies and connections to mathematical aspects of information theory and data-fusion.

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A semiclassical approximation for an evolving density operator, driven by a `closed` Hamiltonian operator and `open` Markovian Lindblad operators, is obtained. The theory is based on the chord function, i.e. the Fourier transform of the Wigner function. It reduces to an exact solution of the Lindblad master equation if the Hamiltonian operator is a quadratic function and the Lindblad operators are linear functions of positions and momenta. Initially, the semiclassical formulae for the case of Hermitian Lindblad operators are reinterpreted in terms of a (real) double phase space, generated by an appropriate classical double Hamiltonian. An extra `open` term is added to the double Hamiltonian by the non-Hermitian part of the Lindblad operators in the general case of dissipative Markovian evolution. The particular case of generic Hamiltonian operators, but linear dissipative Lindblad operators, is studied in more detail. A Liouville-type equivariance still holds for the corresponding classical evolution in double phase space, but the centre subspace, which supports the Wigner function, is compressed, along with expansion of its conjugate subspace, which supports the chord function. Decoherence narrows the relevant region of double phase space to the neighbourhood of a caustic for both the Wigner function and the chord function. This difficulty is avoided by a propagator in a mixed representation, so that a further `small-chord` approximation leads to a simple generalization of the quadratic theory for evolving Wigner functions.

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We present a constructive argument to demonstrate the universality of the sudden death of entanglement in the case of two non-interacting qubits, each of which generically coupled to independent Markovian environments at zero temperature. Conditions for the occurrence of the abrupt disappearance of entanglement are determined and, most importantly, rigourously shown to be almost always satisfied: Dynamical models for which the sudden death of entanglement does not occur are seen to form a highly idealized zero-measure subset within the set of all possible quantum dynamics.

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In a previous paper, we developed a phenomenological-operator technique aiming to simplify the estimate of losses due to dissipation in cavity quantum electrodynamics. In this paper, we apply that technique to estimate losses during an entanglement concentration process in the context of dissipative cavities. In addition, some results, previously used without proof to justify our phenomenological-operator approach, are now formally derived, including an equivalent way to formulate the Wigner-Weisskopf approximation.