CB-norm estimates for maps between noncommutative Lp-spaces and quantum channel theory.

In the first part of this work, we show how certain techniques from quantum information theory can be used in order to obtain very sharp embeddings between noncommutative Lp-spaces. Then, we use these estimates to study the classical capacity with restricted assisted entanglement of the quantum erasure channel and the quantum depolarizing channel. In particular, we exactly compute the capacity of the first one and we show that certain nonmultiplicative results hold for the second one.

Critical behavior of su(1|1) supersymmetric spin chains with long-range interactions

We introduce a general class of su(1|1) supersymmetric spin chains with long-range interactions which includes as particular cases the su(1|1) Inozemtsev (elliptic) and Haldane-Shastry chains, as well as the XX model. We show that this class of models can be fermionized with the help of the algebraic properties of the su(1|1) permutation operator and take advantage of this fact to analyze their quantum criticality when a chemical potential term is present in the Hamiltonian. We first study the low-energy excitations and the low-temperature behavior of the free energy, which coincides with that of a (1+1)-dimensional conformal field theory (CFT) with central charge c=1 when the chemical potential lies in the critical interval (0,E(π)), E(p) being the dispersion relation. We also analyze the von Neumann and Rényi ground state entanglement entropies, showing that they exhibit the logarithmic scaling with the size of the block of spins characteristic of a one-boson (1+1)-dimensional CFT. Our results thus show that the models under study are quantum critical when the chemical potential belongs to the critical interval, with central charge c=1. From the analysis of the fermion density at zero temperature, we also conclude that there is a quantum phase transition at both ends of the critical interval. This is further confirmed by the behavior of the fermion density at finite temperature, which is studied analytically (at low temperature), as well as numerically for the su(1|1) elliptic chain.

Spectroscopie Raman de fibres électrofilées : développement de méthodes et application aux fibres individuelles

L’électrofilage est une technique de mise en œuvre efficace et versatile qui permet la production de fibres continues d’un diamètre typique de quelques centaines de nanomètres à partir de l’application d’un haut voltage sur une solution concentrée de polymères enchevêtrés. L’évaporation extrêmement rapide du solvant et les forces d’élongation impliquées dans la formation de ces fibres leur confèrent des propriétés hors du commun et très intéressantes pour plusieurs types d’applications, mais dont on commence seulement à effleurer la surface. À cause de leur petite taille, ces matériaux ont longtemps été étudiés uniquement sous forme d’amas de milliers de fibres avec les techniques conventionnelles telles que la spectroscopie infrarouge ou la diffraction des rayons X. Nos connaissances de leur comportement proviennent donc toujours de la convolution des propriétés de l’amas de fibres et des caractéristiques spécifiques de chacune des fibres qui le compose. Les études récentes à l’échelle de la fibre individuelle ont mis en lumière des comportements inhabituels, particulièrement l’augmentation exponentielle du module avec la réduction du diamètre. L’orientation et, de manière plus générale, la structure moléculaire des fibres sont susceptibles d’être à l'origine de ces propriétés, mais d’une manière encore incomprise. L’établissement de relations structure/propriétés claires et l’identification des paramètres qui les influencent représentent des défis d’importance capitale en vue de tirer profit des caractéristiques très particulières des fibres électrofilées. Pour ce faire, il est nécessaire de développer des méthodes plus accessibles et permettant des analyses structurales rapides et approfondies sur une grande quantité de fibres individuelles présentant une large gamme de diamètre. Dans cette thèse, la spectroscopie Raman confocale est utilisée pour l’étude des caractéristiques structurales, telles que l’orientation moléculaire, la cristallinité et le désenchevêtrement, de fibres électrofilées individuelles. En premier lieu, une nouvelle méthodologie de quantification de l’orientation moléculaire par spectroscopie Raman est développée théoriquement dans le but de réduire la complexité expérimentale de la mesure, d’étendre la gamme de matériaux pour lesquels ces analyses sont possibles et d’éliminer les risques d’erreurs par rapport à la méthode conventionnelle. La validité et la portée de cette nouvelle méthode, appelée MPD, est ensuite démontrée expérimentalement. Par la suite, une méthodologie efficace permettant l’étude de caractéristiques structurales à l’échelle de la fibre individuelle par spectroscopie Raman est présentée en utilisant le poly(éthylène téréphtalate) comme système modèle. Les limites de la technique sont exposées et des stratégies expérimentales pour les contourner sont mises de l’avant. Les résultats révèlent une grande variabilité de l'orientation et de la conformation d'une fibre à l'autre, alors que le taux de cristallinité demeure systématiquement faible, démontrant l'importance et la pertinence des études statistiques de fibres individuelles. La présence de chaînes montrant un degré d’enchevêtrement plus faible dans les fibres électrofilées que dans la masse est ensuite démontrée expérimentalement pour la première fois par spectroscopie infrarouge sur des amas de fibres de polystyrène. Les conditions d'électrofilage favorisant ce phénomène structural, qui est soupçonné d’influencer grandement les propriétés des fibres, sont identifiées. Finalement, l’ensemble des méthodologies développées sont appliquées sur des fibres individuelles de polystyrène pour l’étude approfondie de l’orientation et du désenchevêtrement sur une large gamme de diamètres et pour une grande quantité de fibres. Cette dernière étude permet l’établissement de la première relation structure/propriétés de ces matériaux, à l’échelle individuelle, en montrant clairement le lien entre l’orientation moléculaire, le désenchevêtrement et le module d'élasticité des fibres.

The Portuguese Economic Crisis: Policies and Outcomes. Bertelsmann Policy Brief, 19.02.2015

The financial and economic crisis in the aftermath of 2008 is unique for several reasons: its depth, its speed and its global entanglement. Simultaneous economic decline in many economies around the globe sent out political shockwaves. In Europe, the crisis served as a wake-up call. Policymakers responded to the social and political insecurity triggered by economically unsound practices with solidarity and with EU-scepticism. The recession confronted Euro zone countries with a number of similar problems, although each was embedded in its own set of country-specific challenges. The tools with which each began to counteract the financial and sovereign debt crisis differed. This policy brief examines the Portuguese path to recovery. It outlines some of the great recession’s main impacts on the country’s labour market, as well as analyses the path it has taken to restore sustainable jobs.

Spectroscopie Raman de fibres électrofilées : développement de méthodes et application aux fibres individuelles

L’électrofilage est une technique de mise en œuvre efficace et versatile qui permet la production de fibres continues d’un diamètre typique de quelques centaines de nanomètres à partir de l’application d’un haut voltage sur une solution concentrée de polymères enchevêtrés. L’évaporation extrêmement rapide du solvant et les forces d’élongation impliquées dans la formation de ces fibres leur confèrent des propriétés hors du commun et très intéressantes pour plusieurs types d’applications, mais dont on commence seulement à effleurer la surface. À cause de leur petite taille, ces matériaux ont longtemps été étudiés uniquement sous forme d’amas de milliers de fibres avec les techniques conventionnelles telles que la spectroscopie infrarouge ou la diffraction des rayons X. Nos connaissances de leur comportement proviennent donc toujours de la convolution des propriétés de l’amas de fibres et des caractéristiques spécifiques de chacune des fibres qui le compose. Les études récentes à l’échelle de la fibre individuelle ont mis en lumière des comportements inhabituels, particulièrement l’augmentation exponentielle du module avec la réduction du diamètre. L’orientation et, de manière plus générale, la structure moléculaire des fibres sont susceptibles d’être à l'origine de ces propriétés, mais d’une manière encore incomprise. L’établissement de relations structure/propriétés claires et l’identification des paramètres qui les influencent représentent des défis d’importance capitale en vue de tirer profit des caractéristiques très particulières des fibres électrofilées. Pour ce faire, il est nécessaire de développer des méthodes plus accessibles et permettant des analyses structurales rapides et approfondies sur une grande quantité de fibres individuelles présentant une large gamme de diamètre. Dans cette thèse, la spectroscopie Raman confocale est utilisée pour l’étude des caractéristiques structurales, telles que l’orientation moléculaire, la cristallinité et le désenchevêtrement, de fibres électrofilées individuelles. En premier lieu, une nouvelle méthodologie de quantification de l’orientation moléculaire par spectroscopie Raman est développée théoriquement dans le but de réduire la complexité expérimentale de la mesure, d’étendre la gamme de matériaux pour lesquels ces analyses sont possibles et d’éliminer les risques d’erreurs par rapport à la méthode conventionnelle. La validité et la portée de cette nouvelle méthode, appelée MPD, est ensuite démontrée expérimentalement. Par la suite, une méthodologie efficace permettant l’étude de caractéristiques structurales à l’échelle de la fibre individuelle par spectroscopie Raman est présentée en utilisant le poly(éthylène téréphtalate) comme système modèle. Les limites de la technique sont exposées et des stratégies expérimentales pour les contourner sont mises de l’avant. Les résultats révèlent une grande variabilité de l'orientation et de la conformation d'une fibre à l'autre, alors que le taux de cristallinité demeure systématiquement faible, démontrant l'importance et la pertinence des études statistiques de fibres individuelles. La présence de chaînes montrant un degré d’enchevêtrement plus faible dans les fibres électrofilées que dans la masse est ensuite démontrée expérimentalement pour la première fois par spectroscopie infrarouge sur des amas de fibres de polystyrène. Les conditions d'électrofilage favorisant ce phénomène structural, qui est soupçonné d’influencer grandement les propriétés des fibres, sont identifiées. Finalement, l’ensemble des méthodologies développées sont appliquées sur des fibres individuelles de polystyrène pour l’étude approfondie de l’orientation et du désenchevêtrement sur une large gamme de diamètres et pour une grande quantité de fibres. Cette dernière étude permet l’établissement de la première relation structure/propriétés de ces matériaux, à l’échelle individuelle, en montrant clairement le lien entre l’orientation moléculaire, le désenchevêtrement et le module d'élasticité des fibres.

Milly Darrell (and other tales) : a novel /

Milly Darrell -- Old Rudderford Hall -- Hugh Damer's last leger -- The sins of the fathers -- Mr. and Mrs. de Fontenoy -- A good hater -- The dreaded guest -- Colonel Benyon's entanglement -- The zoophyte's revenge -- Three times.

Quantum dynamics as a physical resource

How useful is a quantum dynamical operation for quantum information processing? Motivated by this question, we investigate several strength measures quantifying the resources intrinsic to a quantum operation. We develop a general theory of such strength measures, based on axiomatic considerations independent of state-based resources. The power of this theory is demonstrated with applications to quantum communication complexity, quantum computational complexity, and entanglement generation by unitary operations.

Robustness of quantum gates in the presence of noise

We define several quantitative measures of the robustness of a quantum gate against noise. Exact analytic expressions for the robustness against depolarizing noise are obtained for all bipartite unitary quantum gates, and it is found that the controlled-NOT gate is the most robust two-qubit quantum gate, in the sense that it is the quantum gate which can tolerate the most depolarizing noise and still generate entanglement. Our results enable us to place several analytic upper bounds on the value of the threshold for quantum computation, with the best bound in the most pessimistic error model being p(th)less than or equal to0.5.

Teleportation of continuous-variable polarization states

This paper discusses methods for the optical teleportation of continuous-variable polarization states. We show that using two pairs of entangled beams, generated using four squeezed beams, perfect teleportation of optical polarization states can be performed. Restricting ourselves to three squeezed beams, we demonstrate that polarization state teleportation can still exceed the classical limit. The three-squeezer schemes involve either the use of quantum nondemolition measurement or biased entanglement generated from a single squeezed beam. We analyze the efficacies of these schemes in terms of fidelity, signal transfer coefficients, and quantum correlations.

Ancilla-assisted quantum process tomography

Complete and precise characterization of a quantum dynamical process can be achieved via the method of quantum process tomography. Using a source of correlated photons, we have implemented several methods, each investigating a wide range of processes, e.g., unitary, decohering, and polarizing. One of these methods, ancilla-assisted process tomography (AAPT), makes use of an additional ancilla system, and we have theoretically determined the conditions when AAPT is possible. Surprisingly, entanglement is not required. We present data obtained using both separable and entangled input states. The use of entanglement yields superior results, however.

Neutron-mapping polymer flow: Scattering, flow visualization, and molecular theory

Flows of complex fluids need to be understood at both macroscopic and molecular scales, because it is the macroscopic response that controls the fluid behavior, but the molecular scale that ultimately gives rise to rheological and solid-state properties. Here the flow field of an entangled polymer melt through an extended contraction, typical of many polymer processes, is imaged optically and by small-angle neutron scattering. The dual-probe technique samples both the macroscopic stress field in the flow and the microscopic configuration of the polymer molecules at selected points. The results are compared with a recent tube model molecular theory of entangled melt flow that is able to calculate both the stress and the single-chain structure factor from first principles. The combined action of the three fundamental entangled processes of reptation, contour length fluctuation, and convective constraint release is essential to account quantitatively for the rich rheological behavior. The multiscale approach unearths a new feature: Orientation at the length scale of the entire chain decays considerably more slowly than at the smaller entanglement length.

Entangled two-photon source using biexciton emission of an asymmetric quantum dot in a cavity

A semiconductor based scheme has been proposed for generating entangled photon pairs from the radiative decay of an electrically pumped biexciton in a quantum dot. Symmetric dots produce polarization entanglement, but experimentally realized asymmetric dots produce photons entangled in both polarization and frequency. In this work, we investigate the possibility of erasing the “which-path” information contained in the frequencies of the photons produced by asymmetric quantum dots to recover polarization-entangled photons. We consider a biexciton with nondegenerate intermediate excitonic states in a leaky optical cavity with pairs of degenerate cavity modes close to the nondegenerate exciton transition frequencies. An open quantum system approach is used to compute the polarization entanglement of the two-photon state after it escapes from the cavity, measured by the visibility of two-photon interference fringes. We explicitly relate the two-photon visibility to the degree of the Bell-inequality violation, deriving a threshold at which Bell-inequality violations will be observed. Our results show that an ideal cavity will produce maximally polarization-entangled photon pairs, and even a nonideal cavity will produce partially entangled photon pairs capable of violating a Bell-inequality.

Entangled subspaces and quantum symmetries

Entanglement is defined for each vector subspace of the tensor product of two finite-dimensional Hilbert spaces, by applying the notion of operator entanglement to the projection operator onto that subspace. The operator Schmidt decomposition of the projection operator defines a string of Schmidt coefficients for each subspace, and this string is assumed to characterize its entanglement, so that a first subspace is more entangled than a second, if the Schmidt string of the second majorizes the Schmidt string of the first. The idea is applied to the antisymmetric and symmetric tensor products of a finite-dimensional Hilbert space with itself, and also to the tensor product of an angular momentum j with a spin 1/2. When adapted to the subspaces of states of the nonrelativistic hydrogen atom with definite total angular momentum (orbital plus spin), within the space of bound states with a given total energy, this leads to a complete ordering of those subspaces by their Schmidt strings.

Optimal measurements for relative quantum information

We provide optimal measurement schemes for estimating relative parameters of the quantum state of a pair of spin systems. We prove that the optimal measurements are joint measurements on the pair of systems, meaning that they cannot be achieved by local operations and classical communication. We also demonstrate that in the limit where one of the spins becomes macroscopic, our results reproduce those that are obtained by treating that spin as a classical reference direction.

Fungible dynamics: There are only two types of entangling multiple-qubit interactions

What interactions are sufficient to simulate arbitrary quantum dynamics in a composite quantum system? It has been shown that all two-body Hamiltonian evolutions can be simulated using any fixed two-body entangling n-qubit Hamiltonian and fast local unitaries. By entangling we mean that every qubit is coupled to every other qubit, if not directly, then indirectly via intermediate qubits. We extend this study to the case where interactions may involve more than two qubits at a time. We find necessary and sufficient conditions for an arbitrary n-qubit Hamiltonian to be dynamically universal, that is, able to simulate any other Hamiltonian acting on n qubits, possibly in an inefficient manner. We prove that an entangling Hamiltonian is dynamically universal if and only if it contains at least one coupling term involving an even number of interacting qubits. For odd entangling Hamiltonians, i.e., Hamiltonians with couplings that involve only an odd number of qubits, we prove that dynamic universality is possible on an encoded set of n-1 logical qubits. We further prove that an odd entangling Hamiltonian can simulate any other odd Hamiltonian and classify the algebras that such Hamiltonians generate. Thus, our results show that up to local unitary operations, there are only two fundamentally different types of entangling Hamiltonian on n qubits. We also demonstrate that, provided the number of qubits directly coupled by the Hamiltonian is bounded above by a constant, our techniques can be made efficient.