Conditional independence in quantum many-body systems

In this thesis, I will discuss how information-theoretic arguments can be used to produce sharp bounds in the studies of quantum many-body systems. The main advantage of this approach, as opposed to the conventional field-theoretic argument, is that it depends very little on the precise form of the Hamiltonian. The main idea behind this thesis lies on a number of results concerning the structure of quantum states that are conditionally independent. Depending on the application, some of these statements are generalized to quantum states that are approximately conditionally independent. These structures can be readily used in the studies of gapped quantum many-body systems, especially for the ones in two spatial dimensions. A number of rigorous results are derived, including (i) a universal upper bound for a maximal number of topologically protected states that is expressed in terms of the topological entanglement entropy, (ii) a first-order perturbation bound for the topological entanglement entropy that decays superpolynomially with the size of the subsystem, and (iii) a correlation bound between an arbitrary local operator and a topological operator constructed from a set of local reduced density matrices. I also introduce exactly solvable models supported on a three-dimensional lattice that can be used as a reliable quantum memory.

Synthetic molecular machines for active self-assembly : prototype algorithms, designs, and experimental study

Computer science and electrical engineering have been the great success story of the twentieth century. The neat modularity and mapping of a language onto circuits has led to robots on Mars, desktop computers and smartphones. But these devices are not yet able to do some of the things that life takes for granted: repair a scratch, reproduce, regenerate, or grow exponentially fast–all while remaining functional.

This thesis explores and develops algorithms, molecular implementations, and theoretical proofs in the context of “active self-assembly” of molecular systems. The long-term vision of active self-assembly is the theoretical and physical implementation of materials that are composed of reconfigurable units with the programmability and adaptability of biology’s numerous molecular machines. En route to this goal, we must first find a way to overcome the memory limitations of molecular systems, and to discover the limits of complexity that can be achieved with individual molecules.

One of the main thrusts in molecular programming is to use computer science as a tool for figuring out what can be achieved. While molecular systems that are Turing-complete have been demonstrated [Winfree, 1996], these systems still cannot achieve some of the feats biology has achieved.

One might think that because a system is Turing-complete, capable of computing “anything,” that it can do any arbitrary task. But while it can simulate any digital computational problem, there are many behaviors that are not “computations” in a classical sense, and cannot be directly implemented. Examples include exponential growth and molecular motion relative to a surface.

Passive self-assembly systems cannot implement these behaviors because (a) molecular motion relative to a surface requires a source of fuel that is external to the system, and (b) passive systems are too slow to assemble exponentially-fast-growing structures. We call these behaviors “energetically incomplete” programmable behaviors. This class of behaviors includes any behavior where a passive physical system simply does not have enough physical energy to perform the specified tasks in the requisite amount of time.

As we will demonstrate and prove, a sufficiently expressive implementation of an “active” molecular self-assembly approach can achieve these behaviors. Using an external source of fuel solves part of the the problem, so the system is not “energetically incomplete.” But the programmable system also needs to have sufficient expressive power to achieve the specified behaviors. Perhaps surprisingly, some of these systems do not even require Turing completeness to be sufficiently expressive.

Building on a large variety of work by other scientists in the fields of DNA nanotechnology, chemistry and reconfigurable robotics, this thesis introduces several research contributions in the context of active self-assembly.

We show that simple primitives such as insertion and deletion are able to generate complex and interesting results such as the growth of a linear polymer in logarithmic time and the ability of a linear polymer to treadmill. To this end we developed a formal model for active-self assembly that is directly implementable with DNA molecules. We show that this model is computationally equivalent to a machine capable of producing strings that are stronger than regular languages and, at most, as strong as context-free grammars. This is a great advance in the theory of active self- assembly as prior models were either entirely theoretical or only implementable in the context of macro-scale robotics.

We developed a chain reaction method for the autonomous exponential growth of a linear DNA polymer. Our method is based on the insertion of molecules into the assembly, which generates two new insertion sites for every initial one employed. The building of a line in logarithmic time is a first step toward building a shape in logarithmic time. We demonstrate the first construction of a synthetic linear polymer that grows exponentially fast via insertion. We show that monomer molecules are converted into the polymer in logarithmic time via spectrofluorimetry and gel electrophoresis experiments. We also demonstrate the division of these polymers via the addition of a single DNA complex that competes with the insertion mechanism. This shows the growth of a population of polymers in logarithmic time. We characterize the DNA insertion mechanism that we utilize in Chapter 4. We experimentally demonstrate that we can control the kinetics of this re- action over at least seven orders of magnitude, by programming the sequences of DNA that initiate the reaction.

In addition, we review co-authored work on programming molecular robots using prescriptive landscapes of DNA origami; this was the first microscopic demonstration of programming a molec- ular robot to walk on a 2-dimensional surface. We developed a snapshot method for imaging these random walking molecular robots and a CAPTCHA-like analysis method for difficult-to-interpret imaging data.

Flood risk management: What are the main drivers of prevention?

4 p.

Estudos para composição do eu e do(s) outro(s): enunciação, polifonia e imagens discursivas na cartilha da Campanha Nacional O Petróleo Tem que Ser Nosso

O anúncio dos gigantescos campos do pré-sal brasileiro recolocou o petróleo no alvo dos holofotes. A propriedade desta imensa riqueza e as inevitáveis mudanças na legislação do setor são as principais questões que derivam deste fato. Com efeito, temos assistido a uma proliferação de discursos acerca do tema. Esta dissertação se insere num conjunto de reflexões que tomam o petróleo como objeto de interesse. Privilegiamos um espaço específico de produção discursiva, a saber, o instituído pela Campanha Nacional O Petróleo Tem que Ser Nosso. Um primeiro procedimento metodológico de coleta de dados possibilitou identificar que, entre os seus materiais de mobilização, ganha destaque a cartilha de massas do movimento, que desde julho de 2009 circula pelo território nacional. Inscritos numa perspectiva da Análise do Discurso de base enunciativa, cuidamos de construir uma reflexão sobre alguns dos modos de inscrição do(s) sujeito(s) no discurso. Nossas considerações acerca dos gêneros do discurso revelaram o hibridismo da cartilha; tal peculiaridade nos obrigou a construir dispositivos distintos de análise. Num primeiro memento, decidimos observar as marcas de pessoa, os marcadores temporais e espaciais, com vistas a identificar uma dada cenografia discursiva (Maingueneau, 1997) que nos remetesse às imagens dos coenunciadores; consideramos, num segundo momento, os discursos relatados (Bakhtin, 2006; Authier-Revuz, 1998 e outros) para compreender a polifonia inerente à cartilha. Nossa análise verificou de que maneira um regime de verdade e uma memória se instituem pela cenografia discursiva; a análise dos discursos relatados, com ênfase nos discursos direto, indireto e narrativizado, nos permitiu identificar, no agenciamento das vozes, um espaço de confronto entre formações discursivas divergentes

Propuesta de catálogo para la selección de rodamientos de vuelco en aplicaciones cuasiestáticas

[ES]La propuesta de catálogo realizada en este proyecto, cuyo objetivo es convertirse en el catálogo de la empresa de rodamientos Iraundi S.A., constará de dos partes. La primera de ellas será una parte teórica e informativa que incluirá toda la información necesaria sobre la manipulación, montaje, mantenimiento y selección del tipo de rodamiento. Para ello se ha recabado información tanto del propio catálogo de Iraundi S.A., como de varios de los fabricantes de rodamientos más importantes del momento, como son INA, GOIMO, ROTHE-ERDE, y SKF. La segunda parte del catálogo lo formaran las tablas y gráficas de selección de rodamiento. Estas gráficas han sido renovadas con respecto al catálogo existente, y se ha tratado de conseguir unas gráficas que sean fáciles de interpretar, y que de manera sencilla se puedan obtener los tamaños y tipos de rodamiento adecuados, dependiendo de la aplicación de funcionamiento y de las fuerzas radiales, axiales y de momento que estos vayan a soportar. Éstas gráficas han sido calculadas exclusivamente para este proyecto, y validadas mediante la aplicación de elementos finitos, de los que finalmente se han obtenido unas gráficas que simplifican la selección óptima del rodamiento, y que tienen en cuenta el esfuerzo axial, radial, y momento que soportará el rodamiento, así como las fuerzas que serán capaces de soportar los tornillos empleados para el anclaje.

Two-step digit-set-restricted modified signed-digit addition-subtraction algorithm and its optoelectronic implementation

A novel, to our knowledge, two-step digit-set-restricted modified signed-digit (MSD) addition-subtraction algorithm is proposed. With the introduction of the reference digits, the operand words are mapped into an intermediate carry word with all digits restricted to the set {(1) over bar, 0} and an intermediate sum word with all digits restricted to the set {0, 1}, which can be summed to form the final result without carry generation. The operation can be performed in parallel by use of binary logic. An optical system that utilizes an electron-trapping device is suggested for accomplishing the required binary logic operations. By programming of the illumination of data arrays, any complex logic operations of multiple variables can be realized without additional temporal latency of the intermediate results. This technique has a high space-bandwidth product and signal-to-noise ratio. The main structure can be stacked to construct a compact optoelectronic MSD adder-subtracter. (C) 1999 Optical Society of America.

One-step digit-set-restricted modified signed-digit adder using an incoherent correlator based on a shared content-addressable memory

An efficient one-step digit-set-restricted modified signed-digit (MSD) adder based on symbolic substitution is presented. In this technique, carry propagation is avoided by introducing reference digits to restrict the intermediate carry and sum digits to {1,0} and {0,1}, respectively. The proposed technique requires significantly fewer minterms and simplifies system complexity compared to the reported one-step MSD addition techniques. An incoherent correlator based on an optoelectronic shared content-addressable memory processor is suggested to perform the addition operation. In this technique, only one set of minterms needs to be stored, independent of the operand length. (C) 2002 society or Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Efficient two-step digit-set-restricted modified signed-digit algorithm based on optoelectronic shared content-addressable memory

A two-step digit-set-restricted modified signed-digit (MSD) adder based on symbolic substitution is presented. In the proposed addition algorithm, carry propagation is avoided by using reference digits to restrict the intermediate MSD carry and sum digits into {(1) over bar ,0} and {0, 1}, respectively. The algorithm requires only 12 minterms to generate the final results, and no complementarity operations for nonzero outputs are involved, which simplifies the system complexity significantly. An optoelectronic shared content-addressable memory based on an incoherent correlator is used for experimental demonstration. (c) 2005 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Efficient two-step digit-set-restricted modified signed-digit algorithm based on optoelectronic shared content-addressable memory

A two-step digit-set-restricted modified signed-digit (MSD) adder based on symbolic substitution is presented. In the proposed addition algorithm, carry propagation is avoided by using reference digits to restrict the intermediate MSD carry and sum digits into {(1) over bar ,0} and {0, 1}, respectively. The algorithm requires only 12 minterms to generate the final results, and no complementarity operations for nonzero outputs are involved, which simplifies the system complexity significantly. An optoelectronic shared content-addressable memory based on an incoherent correlator is used for experimental demonstration. (c) 2005 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Tratamento Homeopático: buscando estratégias para avaliação de seus resultados e efetividade

Face à crescente procura por outras modalidades terapêuticas que abordam o ser humano de forma holística e a introdução das mesmas no SUS, torna-se muito importante a avaliação da efetividade e segurança dessas formas de cuidado. A Homeopatia faz parte deste conjunto de terapêuticas e, para sua avaliação, pode existir a necessidade de se valer de múltiplos instrumentos para abarcar os vários aspectos de uma resposta integral ao tratamento. Este trabalho teve como objetivo identificar e elaborar categorias de análises e instrumentos que permitam avaliar e mensurar a efetividade deste tratamento, bem como testá-los, considerando-se as características desta racionalidade. Foram levantados, na literatura nacional e internacional, trabalhos sobre efetividade do tratamento homeopático, em busca da definição do estado da arte mas também dos principais problemas, limitações e possibilidades dessas avaliações tendo em vista seu resultado integral. Finda esta etapa, a pesquisa destinou-se a elaboração, proposição e testagem de uma metodologia considerada mais adequada a avaliar o tratamento homeopático nesta perspectiva. Um estudo observacional foi realizado em serviço público homeopático no município de Juiz de Fora, com tratamento individualizado, no qual foi utilizada uma estratégia de avaliação composta por três componentes: (1) avaliação de qualidade de vida pelo instrumento SF-36; (2) análises em busca de objetivar e quantificar queixas clínicas e outros atributos de natureza subjetiva (sensação de bem-estar, sono, estado cognitivo e memória, vida sexual, sensação de felicidade) por meio da utilização de uma escala visual analógica (EVA), na mensuração da intensidade e de opções fechadas, a exemplo do SF-36, na estimativa da frequência desses aspectos e (3) entrevistas qualitativas por intermédio de questionário semiestruturado, com a finalidade de abordar questões relacionadas a biopatografia e mudança da atitude vital (como pacientes enfrentam os problemas do cotidiano, fatores deflagradores das queixas, como se sentem e como reagem, além de indagar seus projetos de vida e felicidade). A aplicação do questionário SF-36 apresentou algumas dificuldades de compreensão pelos participantes, talvez devido à baixa escolaridade dos entrevistados, mas mostrou-se útil à pesquisa, embora demonstre limitações na avaliação do aspecto integral do resultado da terapêutica analisada. O acompanhamento das queixas clínicas, sensação de bem-estar, sono e estado cognitivo e memória foram captados e mensurados de forma satisfatória tanto pela EVA (intensidade dos sintomas) quanto pelas respostas fechadas para medir a frequência. Situações como as avaliações da biopatografia e da sexualidade foram insuficientes para serem adequadamente avaliadas pelo pesquisador e o paciente somente. A participação do médico assistente poderia contribuir nestes casos. Questões mais abrangentes na avaliação da mudança na atitude vital, como reação diante de fatores desequilibrantes e projeto de vida e felicidade, necessitam de metodologia qualitativa até que se possa avançar nas pesquisas à espera de soluções futuras. A combinação dessas estratégias em estudos controlados, randomizados, com amostras de magnitude satisfatória, preferencialmente em rede e que explicitem as condições nas quais o atendimento homeopático ocorreu e como se chegou a cada prescrição, podem ter utilidade para a avaliação da efetividade da dimensão integral do tratamento homeopático.

Far-field spot compression without energy loss in main lob in wireless laser communication

Far-field spot compression without energy loss in main lob is of great significance to wireless laser communication. In this letter, we propose two schemes to obtain far-field spot compression without energy loss in main lob. One scheme is based on the simulated annealing (SA) algorithm. Using SA algorithm, we design the phase profile of the diffractive phase element (DPE). Using the designed DPE, far-field spot compression without energy loss in main lob is achieved. The other scheme is based on YG algorithm. By means of YG algorithm, we appropriately designed the DPE in the emitting plane. Using the DPE, far-field spot compression without energy loss in main lob is obtained. (c) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

A cidade dos Meninos: educação e política na Baixada Flulminense/RJ

O presente trabalho tem como objetivo analisar alguns dos ideários sócio moralizantes que foram repercutidos na construção do pensamento social brasileiro, através das políticas pró-educação implementadas na década de 1940. O processo histórico que culminou com a edificação da Cidade dos Meninos, em Duque de Caxias no Rio Janeiro, surge, portanto, como um locus privilegiado para a investigação deste modelo educacional. Nesse contexto, as reflexões da intelectualidade à época, eram revestidas de uma expectativa moralizadora: "salvação pelo trabalho". Desta forma, surgiram espaços escolares que funcionavam em regime de internato e semi-internato, como a Cidade dos Meninos. Tratava-se de uma instituição destinada para essas populações "desvalidas", que seriam alvo de uma política educacional direcionada para a oferta do ensino "das letras" e do ensino profissionalizante de caráter elementar. Contudo, em 1950, ao ter uma fábrica de pesticidas instalada em seu interior, e com o posterior abandono desta, em virtude da mesma ter se tornado inviável economicamente em 1960, esse espaço foi alvo de uma contaminação ambiental e humana. Somente cerca de 30 anos depois, a referida contaminação foi trazida a público a partir de denúncias jornalísticas. A principal conseqüência foi o fechamento das escolas e a interrupção dos projetos de assistência social prejudicando muitos dos assistidos e antigos funcionários que assentaram residência na localidade, fazendo com que o problema social e de saúde pública se desdobrasse também numa questão fundiária. Todo esse movimento parece ter levado os atores sociais envolvidos no processo à uma elaboração pragmática sobre o papel da educação, do Estado, da pesquisa científica e do tipo de política que se destina a populações em situação de "periculosidade". A análise das memórias e das "trajetórias exemplares" de alguns moradores contribuíram para a compreensão da relação entre as políticas sociais e a perspectiva dos assistidos. Esse fato denota a possibilidade, na atualidade, de que os pressupostos que idealizaram tais políticas "sócio moralizantes" ainda apresentem vestígios no discurso e na ação tanto das autoridades, quanto dos próprios pesquisadores, desqualificando seus interlocutores e obscurecendo a solução do problema no referido local

Optimisation of the first principle code Octopus for massive parallel architectures: application to light harvesting complexes

150 p.

A roda das Donas: a mulher negra no candomblé

O presente estudo teve como objetivo geral apresentar a vivência e a experiência das mulheres negras do candomblé, no intuito de promover uma pesquisa que contemplasse a cultura, as questões do gênero feminino e a negritude no Brasil. Para tanto, trouxemos para o interior desta pesquisa o cotidiano de um grupo de mulheres que vivenciam uma determinada religiosidade e que por ela (re) significam seus papéis sociais inspiradas pelos mitos femininos da cultura iorubá. Valendo ainda destacar que temos também como objetivos contextualizar historicamente as condições políticas, sociais e educacionais das mulheres negras brasileiras; apresentar as principais características dos ritos do candomblé e seus espaços de poder e da participação feminina neste espaço analisando a influencia dos estereótipos impostos as mulheres negras. Consideramos que a família, a escola, o mercado de trabalho e a comunidade religiosa contribuíram para a (re) construção de minha identidade pessoal e profissional, servi como o sujeito deste estudo na condição de mulher negra e pertencente ao candomblé. O estudo autobiográfico foi utilizado de maneira a tencionar o registro pessoal que está relacionado à condição subjetiva de fazer (re) memorar os fatos do passado, refletidos no presente/futuro. Relaciono a memória como um significativo exercício cujo caráter reflete nas lembranças das mulheres negras, um caminho extenso de superação de obstáculos e desafios enfrentados.