Scheme for unconventional geometric quantum computation in cavity QED

In this paper, we present a scheme for implementing the unconventional geometric two-qubit phase gate with nonzero dynamical phase based on two-channel Raman interaction of two atoms in a cavity. We show that the dynamical phase and the total phase for a cyclic evolution are proportional to the geometric phase in the same cyclic evolution; hence they possess the same geometric features as does the geometric phase. In our scheme, the atomic excited state is adiabatically eliminated, and the operation of the proposed logic gate involves only the metastable states of the atoms; thus the effect of the atomic spontaneous emission can be neglected. The influence of the cavity decay on our scheme is examined. It is found that the relations regarding the dynamical phase, the total phase, and the geometric phase in the ideal situation are still valid in the case of weak cavity decay. Feasibility and the effect of the phase fluctuations of the driving laser fields are also discussed.

Toxic blue-green algae: The "problem" in perspective

The incidence of blue-green algal blooms and surface scum-formation are certainly not new phenomena. Many British and European authors have been faithfully describing the unmistakable symptoms of blue-green algal scums for over 800 years. There is no disputing that blue-green algal toxins are extremely harmful. Three quite separate categories of compound have been separated: neurotoxins; hepatotoxins and lipopolysaccharides. There is a popular association between blue-green algae and eutrophication. Certainly the main nuisance species - of Microcystis, Anabaena and Aphanizomenon are rare in oligotrophic lakes and reservoirs. Several approaches have been proposed for the control of blue-green algae. Distinction is made between methods for discharging algae already present (eg algicides; straw bales; viruses; parasitic fungi and herbivorous ciliates), and methods for averting an anticipated abundance in the future (phosphorous control, artificial circulation etc).

Análisis y mejora de un sistema de refrigeración en el laboratorio LCCE en Vitoria-Gasteiz

[ES]El objetivo de este proyecto es el análisis y mejora de un sistema de refrigeración en el Laboratorio de Control de Calidad en la Edificación (LCCE) del Gobierno Vasco/Eusko Jaurlaritza en Vitoria-Gasteiz. Dicho equipo, después de un uso continuado, sufre una colmatación por la formación de hielo en el intercambiador de calor. Por ello, en el siguiente texto se proponen alternativas para acabar con la formación del hielo y poder seguir con el funcionamiento normal del equipo. Se va a proceder a modificar el control de la instalación y también parte de la instalación eléctrica y sensórica. Para ello, se han usado las instalaciones del laboratorio LCCE así como la ayuda de los trabajadores del mismo. Todos los datos del sistema de refrigeración (temperaturas, caudal, humedad, etc...) se toman de un documento Excel que es guardado automáticamente al realizar los ensayos. El trabajo se ha estructurado de la siguiente manera: Introducción y descripción del sistema Análisis de las alternativas y la metodología utilizada Conclusiones, fuentes de información y anexos

Preparation for implementing the proposed EC Water Framework Directive in Finland

Finland reorganised its environmental administration in 1995 when thirteen Regional Environmental Centres (RECs) and one national agency called the Finnish Environment Institute (FEI) were created. The REC's and the FEI have been entrusted with functions related to water resources management. RECs and FEI together with the Ministry of Agriculture and Foresty have appointed a steering group which will supervise the implementation of the EC Water Framework Directive in Finland

Sistemas fotovoltaicos integrados ao perfil de uso da edificação

Nos últimos anos, o consumo de energia vem crescendo mundialmente nos grandes centros urbanos, e esforços na área de eficiência energética estão sendo implantados, a fim de reduzir o consumo no horário da ponta e interrupções da rede. O aproveitamento das fontes renováveis, como o fotovoltaico em uma edificação se torna um atrativo a mais para a matriz energética num momento em que o país prima pela universalização dos serviços de energia e a classificação de edifícios comerciais, de serviço e públicos, além dos residenciais quanto à eficiência energética através do Procel Edifica (RTQ-C e RTQ-R). Os sistemas fotovoltaicos podem configurar perfis de uso nas edificações de modo a gerar energia para consumo próprio ou ligado à rede e ainda ter influência na arquitetura do prédio com revestimento: os perfis podem está em telhados, fachadas ou janelas, amenizando em alguns casos a carga térmica no prédio com sombreamento arquitetônico. Hoje, com o avanço da tecnologia no setor de armazenagem é possível, o atendimento com segurança e eficiência a uma edificação ou direcionar esta armazenagem a uma demanda específica como o atendimento à demanda de ciclo profundo, tais como, iluminação externa e recarga de veículos elétricos. Partindo da premissa de sistemas interruptos de energia, UPS, uso de fonte secundária como FV, baterias e Flywheel é apresentado uma forma de melhor gerenciar a energia armazenada, podendo estender a vida útil da bateria e conseqüentemente de todo o sistema fotovoltaico na edificação. Esta forma de armazenar energia proporciona um serviço de uso contínuo sem percepção das interrupções da rede com garantia de 20 anos, tal qual o módulo fotovoltaico, com esta proposta as perdas de energia elétrica na edificação serão atenuadas, pois a eletricidade será utilizada de forma eficiente e inteligente. O ponto de partida do estudo de caso no prédio do IBAM são os sistemas fotovoltaicos com geração distribuída (mini-redes) conectados à rede que são instalados para fornecer energia ao consumidor, complementando a quantidade de energia demandada, caso haja algum aumento do consumo de energia na edificação, ou ainda utilizar o sistema fotovoltaico na hora da ponta e interrupções do sistema da rede no período fora da ponta. A estocagem inercial por meio do Flywheel tem um papel fundamental nesta mini-rede (Flywheel, bateria VRLA, UPS, inversor e STS), pois a sua utilização pode ser apontada como uma inovação tecnológica quanto à regulação de tensão no sistema de energia elétrica, além de preparar a edificação para o smart-grid. Esta configuração de acumulação de energia permitiu a analise do deslocamento desta energia armazenada para o consumo no horário de ponta, mudando o conceito de sistemas fotovoltaicos autônomos no meio urbano e rural no país. Este conceito de armazenagem se confirma então como um aporte na eficiência de energia na edificação, podendo carrear economia de energia substancial, além de proporcionar uma confiabilidade no serviço de energia, com um baixo retorno do investimento e com uma garantia de funcionamento com pequena ou nenhuma manutenção durante o período de vida de 20 anos.

A Previdência Social no estado contemporâneo Fundamentos, financiamento e regulação

A previdência social brasileira, apesar de constituir um dos modelos mais antigos e tradicionais de proteção social da América Latina, não muito distante dos modelos europeus quanto a sua gênese, passa por momentos difíceis. Em um contexto de rápido envelhecimento populacional, acelerada redução de natalidade e novas realidades de trabalho, nas quais a mão-de-obra assalariada perde seu espaço, o modelo tradicional de cobertura, nos moldes bismarckianos, carece de revisão, de forma a não somente adequar-se às novas premissas demográficas, mas permitir uma universalidade de cobertura efetiva. Para tanto, adota-se, como fundamento de um novo modelo, a justiça social em três dimensões necessidade, igualdade e mérito. A necessidade visa atender e assegurar a qualquer pessoa, dentro das necessidades sociais cobertas, um pagamento mínimo de forma a assegurar o mínimo existencial. A dimensão da igualdade, no viés material, visa preservar nível de bem-estar compatível, em alguma medida, com o usufruído durante a vida ativa. Já o mérito individual implica fornecer prestações mais elevadas aos que, conscientemente, reduziram o consumo presente, preservando parte de suas receitas para o futuro. As duas primeiras dimensões são, na proposta apresentada, organizadas pelo Estado, em pilares compulsórios e financiados, preponderantemente, por repartição simples. O modelo de financiamento adotado, no longo prazo, tem se mostrado mais seguro e isonômico frente a modelos capitalizados. As variantes demográficas podem ser adequadas mediante novos limites de idade para aposentadorias e, em especial, estímulo a natalidade, como novos serviços da previdência social, incluindo creches e pré-escolas. O terceiro pilar, fundado no mérito individual, é a previdência complementar, organizado de forma privada, autônoma e voluntária. Aqui, o financiamento sugerido é a capitalização, de forma a priorizar o rendimento e a eficiência, com as externalidades positivas para a economia e a sociedade, com risco assumido e aceitável em razão do papel subsidiário deste pilar protetivo. Os pilares estatais, no modelo proposto, serão financiados, exclusivamente, por impostos, pondo-se fim às contribuições sociais, que perdem a importância em um modelo universal de proteção. Troca-se a solidariedade do grupo pela solidariedade social e, como conseqüência, saem as contribuições e ingressam os impostos. Mesmo o segundo pilar, que visa prestações correlacionadas com os rendimentos em atividade, será financiado por adicional de imposto de renda. Sistema mais simples, eficaz, e com estímulo à formalização da receita por parte das pessoas. A gestão do modelo previdenciário, em todos os segmentos, contará com forte regulação estatal, mas com efetiva participação dos interessados, afastadas, dentro do possível, as ingerências políticas e formas de captura. A regulação previdenciária, desde adequadamente disciplinada e executada, permitirá que os pilares propostos funcionem em harmonia.

MEMS for Diabetic Retinopathy

As the worldwide prevalence of diabetes mellitus continues to increase, diabetic retinopathy remains the leading cause of visual impairment and blindness in many developed countries. Between 32 to 40 percent of about 246 million people with diabetes develop diabetic retinopathy. Approximately 4.1 million American adults 40 years and older are affected by diabetic retinopathy. This glucose-induced microvascular disease progressively damages the tiny blood vessels that nourish the retina, the light-sensitive tissue at the back of the eye, leading to retinal ischemia (i.e., inadequate blood flow), retinal hypoxia (i.e., oxygen deprivation), and retinal nerve cell degeneration or death. It is a most serious sight-threatening complication of diabetes, resulting in significant irreversible vision loss, and even total blindness.

Unfortunately, although current treatments of diabetic retinopathy (i.e., laser therapy, vitrectomy surgery and anti-VEGF therapy) can reduce vision loss, they only slow down but cannot stop the degradation of the retina. Patients require repeated treatment to protect their sight. The current treatments also have significant drawbacks. Laser therapy is focused on preserving the macula, the area of the retina that is responsible for sharp, clear, central vision, by sacrificing the peripheral retina since there is only limited oxygen supply. Therefore, laser therapy results in a constricted peripheral visual field, reduced color vision, delayed dark adaptation, and weakened night vision. Vitrectomy surgery increases the risk of neovascular glaucoma, another devastating ocular disease, characterized by the proliferation of fibrovascular tissue in the anterior chamber angle. Anti-VEGF agents have potential adverse effects, and currently there is insufficient evidence to recommend their routine use.

In this work, for the first time, a paradigm shift in the treatment of diabetic retinopathy is proposed: providing localized, supplemental oxygen to the ischemic tissue via an implantable MEMS device. The retinal architecture (e.g., thickness, cell densities, layered structure, etc.) of the rabbit eye exposed to ischemic hypoxic injuries was well preserved after targeted oxygen delivery to the hypoxic tissue, showing that the use of an external source of oxygen could improve the retinal oxygenation and prevent the progression of the ischemic cascade.

The proposed MEMS device transports oxygen from an oxygen-rich space to the oxygen-deficient vitreous, the gel-like fluid that fills the inside of the eye, and then to the ischemic retina. This oxygen transport process is purely passive and completely driven by the gradient of oxygen partial pressure (pO₂). Two types of devices were designed. For the first type, the oxygen-rich space is underneath the conjunctiva, a membrane covering the sclera (white part of the eye), beneath the eyelids and highly permeable to oxygen in the atmosphere when the eye is open. Therefore, sub-conjunctival pO₂ is very high during the daytime. For the second type, the oxygen-rich space is inside the device since pure oxygen is needle-injected into the device on a regular basis.

To prevent too fast or too slow permeation of oxygen through the device that is made of parylene and silicone (two widely used biocompatible polymers in medical devices), the material properties of the hybrid parylene/silicone were investigated, including mechanical behaviors, permeation rates, and adhesive forces. Then the thicknesses of parylene and silicone became important design parameters that were fine-tuned to reach the optimal oxygen permeation rate.

The passive MEMS oxygen transporter devices were designed, built, and tested in both bench-top artificial eye models and in-vitro porcine cadaver eyes. The 3D unsteady saccade-induced laminar flow of water inside the eye model was modeled by computational fluid dynamics to study the convective transport of oxygen inside the eye induced by saccade (rapid eye movement). The saccade-enhanced transport effect was also demonstrated experimentally. Acute in-vivo animal experiments were performed in rabbits and dogs to verify the surgical procedure and the device functionality. Various hypotheses were confirmed both experimentally and computationally, suggesting that both the two types of devices are very promising to cure diabetic retinopathy. The chronic implantation of devices in ischemic dog eyes is still underway.

The proposed MEMS oxygen transporter devices can be also applied to treat other ocular and systemic diseases accompanied by retinal ischemia, such as central retinal artery occlusion, carotid artery disease, and some form of glaucoma.

Signatures of Topological Superconductors

Topological superconductors are particularly interesting in light of the active ongoing experimental efforts for realizing exotic physics such as Majorana zero modes. These systems have excitations with non-Abelian exchange statistics, which provides a path towards topological quantum information processing. Intrinsic topological superconductors are quite rare in nature. However, one can engineer topological superconductivity by inducing effective p-wave pairing in materials which can be grown in the laboratory. One possibility is to induce the proximity effect in topological insulators; another is to use hybrid structures of superconductors and semiconductors.

The proposal of interfacing s-wave superconductors with quantum spin Hall systems provides a promising route to engineered topological superconductivity. Given the exciting recent progress on the fabrication side, identifying experiments that definitively expose the topological superconducting phase (and clearly distinguish it from a trivial state) raises an increasingly important problem. With this goal in mind, we proposed a detection scheme to get an unambiguous signature of topological superconductivity, even in the presence of ordinarily detrimental effects such as thermal fluctuations and quasiparticle poisoning. We considered a Josephson junction built on top of a quantum spin Hall material. This system allows the proximity effect to turn edge states in effective topological superconductors. Such a setup is promising because experimentalists have demonstrated that supercurrents indeed flow through quantum spin Hall edges. To demonstrate the topological nature of the superconducting quantum spin Hall edges, theorists have proposed examining the periodicity of Josephson currents respect to the phase across a Josephson junction. The periodicity of tunneling currents of ground states in a topological superconductor Josephson junction is double that of a conventional Josephson junction. In practice, this modification of periodicity is extremely difficult to observe because noise sources, such as quasiparticle poisoning, wash out the signature of topological superconductors. For this reason, We propose a new, relatively simple DC measurement that can compellingly reveal topological superconductivity in such quantum spin Hall/superconductor heterostructures. More specifically, We develop a general framework for capturing the junction's current-voltage characteristics as a function of applied magnetic flux. Our analysis reveals sharp signatures of topological superconductivity in the field-dependent critical current. These signatures include the presence of multiple critical currents and a non-vanishing critical current for all magnetic field strengths as a reliable identification scheme for topological superconductivity.

This system becomes more interesting as interactions between electrons are involved. By modeling edge states as a Luttinger liquid, we find conductance provides universal signatures to distinguish between normal and topological superconductors. More specifically, we use renormalization group methods to extract universal transport characteristics of superconductor/quantum spin Hall heterostructures where the native edge states serve as a lead. Interestingly, arbitrarily weak interactions induce qualitative changes in the behavior relative to the free-fermion limit, leading to a sharp dichotomy in conductance for the trivial (narrow superconductor) and topological (wide superconductor) cases. Furthermore, we find that strong interactions can in principle induce parafermion excitations at a superconductor/quantum spin Hall junction.

As we identify the existence of topological superconductor, we can take a step further. One can use topological superconductor for realizing Majorana modes by breaking time reversal symmetry. An advantage of 2D topological insulator is that networks required for braiding Majoranas along the edge channels can be obtained by adjoining 2D topological insulator to form corner junctions. Physically cutting quantum wells for this purpose, however, presents technical challenges. For this reason, I propose a more accessible means of forming networks that rely on dynamically manipulating the location of edge states inside of a single 2D topological insulator sheet. In particular, I show that edge states can effectively be dragged into the system's interior by gating a region near the edge into a metallic regime and then removing the resulting gapless carriers via proximity-induced superconductivity. This method allows one to construct rather general quasi-1D networks along which Majorana modes can be exchanged by electrostatic means.

Apart from 2D topological insulators, Majorana fermions can also be generated in other more accessible materials such as semiconductors. Following up on a suggestion by experimentalist Charlie Marcus, I proposed a novel geometry to create Majorana fermions by placing a 2D electron gas in proximity to an interdigitated superconductor-ferromagnet structure. This architecture evades several manufacturing challenges by allowing single-side fabrication and widening the class of 2D electron gas that may be used, such as the surface states of bulk semiconductors. Furthermore, it naturally allows one to trap and manipulate Majorana fermions through the application of currents. Thus, this structure may lead to the development of a circuit that enables fully electrical manipulation of topologically-protected quantum memory. To reveal these exotic Majorana zero modes, I also proposed an interference scheme to detect Majorana fermions that is broadly applicable to any 2D topological superconductor platform.

A study of the proposed Santa Fe extension from the present Redondo Branch at El Segundo to Los Angeles Harbor

The Los Angeles Harbor at San Pedro with its natural advantages, and the big development of these now underway, will very soon be the key to the traffic routes of Southern California. The Atchison, Topeka, and Santa Fe railway company realizing this and, not wishing to be caught asleep, has planned to build a line from El Segundo to the harbor. The developments of the harbor are not the only developments taking place in these localities and the proposed new line is intended to include these also.

Razões, sentimentos e projetos profissionais: experiência dos vestibulandosas (Vitória, ES, 2009 - 2010)

Dar nitidez aos sentimentos e razões que emergem das experiências dos vestibulandos de Vitória-ES, entre 2009-2010, e que os movem em direção a seus projetos profissionais é objetivo deste trabalho. A noção de projeto aqui utilizada (VELHO, 1999) afasta-se da clássica compreensão liberal do ser humano, autônomo, livre e único, responsável por seus sucessos e fracassos, subjacente a estudos sobre escolha profissional. A ideia proposta é que campo de experiências dos sujeitos marca seus projetos profissionais, mas que suas condutas deliberadas, não necessariamente racionais, expõem certas expectativas de vida, quaisquer que sejam as posições sociais desses sujeitos. Para o exame dessas expectativas, esses sujeitos foram vistos em suas relações sociais - nas interseções de classes, gênero, de cor da pele, de gerações, etc. Reconheceu-se, ainda, que razões e sentimentos (WILLIAMS, 1969), também forjam projetos profissionais de sujeitos sob diversas condições sociais e apesar delas. Por considerar que esses projetos portam manifestações humanas, nem sempre perceptíveis e tantas vezes encobertas, a metáfora do rizoma (DELEUZE; GUATTARI, 2004), foi de utilidade metodológica. Alguns indícios (GINZBURG, 2007), sugeriram caminhos de pesquisa e alguns dos significados aos sujeitos para que esses projetos pudessem ser detectados. A perspectiva da longa duração histórica e dos tempos múltiplos presidiu o exame de trajetórias selecionadas de um conjunto de sujeitos pesquisados entre os anos 2009-2010, o que favoreceu a percepção de continuidades históricas, mas também a ocorrência de mudanças de certas tendências sociais. Dois cursos de pré-vestibular, um público e um privado, em Vitória, ES, nessa conjuntura, mostraram um pouco da pluralidade de expectativas de diferentes jovens - pobres, de classes média e alta, homens e mulheres, brancos, negros e pardos, mais novos e mais velhos em relação ao ensino superior presente em seus projetos profissionais. Razões e sentimentos que os movem e que se movem, nem sempre examinados em estudos sobre a matéria, foram expostos. Contribuições de Elias (1990), de R. Williams (1969), de Bourdieu (2003, 2009), de E. P. Thompson (2002), de Löwy (1990), entre outros, apoiaram evidências de que as relações indivíduo e sociedade, sempre plurais e complexas, expressam apenas partes de seus sentidos civilizadores. Para reduzir incertezas, recorreu-se a dados macrossociais e microssociais (REVEL, 1998). Entrevistas com tais jovens e coordenadores de seus cursos, observações advindas de dinâmica de grupo e, também, exame de publicações oficiais, de periódicos de divulgação de matéria sobre vestibular, entre 2009-2010, situaram um trato de escalas analíticas de difícil exercício. Para além das relações de classes, gênero, cor da pele, geração etc., pode-se concluir que esses sujeitos, por razões e sentimentos variados, com seus projetos profissionais, tanto se deslocam de suas posições sociais de origem como as mantêm, mas todos, em suas novas experiências e de diferentes modos, também se preparam para atuar sobre os sentidos civilizadores de seu tempo.

O dilatar da nação: a dimensão do político na historiografia de Alexandre Herculano (1839-1850)

Este trabalho se propõe analisar a construção da obra de Alexandre Herculano como historiador, que teve início com a publicação de inúmeros artigos no jornal O Panorama e na Revista Universal Lisbonense. Nesses textos, procuramos perceber as reflexões iniciais que levaram a um projeto de maior fôlego intelectual, a História de Portugal, publicada em um momento de emergência das nacionalidades e da formação das consciências nacionais. Nesse sentido, procuramos perceber como Herculano concebeu a sua história analisando sua trajetória como historiador/político em meio às graduais transformações sociais que ocorriam em Portugal à sua época. Assim, propusemo-nos pensar o Alexandre Herculano político em constante diálogo com a conjuntura daquele período, tendo como referência a sua atuação social e a sua intervenção textual no processo então em curso.

A novel three-dimensional imaging array recording and computational method by means of coded cameras reconstruction

In this paper, we propose a novel three-dimensional imaging method by which the object is captured by a coded cameras array (CCA) and computationally reconstructed as a series of longitudinal layered surface images of the object. The distribution of cameras in array, named code pattern, is crucial for reconstructed images fidelity when the correlation decoding is used. We use DIRECT global optimization algorithm to design the code patterns that possess proper imaging property. We have conducted primary experiments to verify and test the performance of the proposed method with a simple discontinuous object and a small-scale CCA including nine cameras. After certain procedures such as capturing, photograph integrating, computational reconstructing and filtering, etc., we obtain reconstructed longitudinal layered surface images of the object with higher signal-to-noise ratio. The results of experiments show that the proposed method is feasible. It is a promising method to be used in fields such as remote sensing, machine vision, etc. (c) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

The structure elucidation of a proposed intermediate in the stereoselective synthesis of dl-desoxypodocarpic acid

The hydroxyketone C-3, an intermediate in the stereo-selective total synthesis of dl-Desoxypodocarpic acid (ii), has been shown by both degradative and synthetic pathways to rearrange in the presence of base to diosphenol E-1 (5-isoabietic acid series). The exact spatial arrangements of the systems represented by formulas C-3 and E-1 have been investigated (as the p-bromobenzoates) by single-crystal X-ray diffraction analyses. The hydroxyketone F-1, the proposed intermediate in the rearrangement, has been synthesized. Its conversion to diosphenol E-1 has been studied, and a single-crystal analysis of the p-bromobenzoate derivative has been performed. The initially desired diosphenol C-6 has been prepared, and has been shown to be stable to the potassium t-butoxide rearrangement conditions. Oxidative cleavage of diosphenol E-1 and subsequent cyclization with the aid of polyphosphoric acid has been shown to lead to keto acid I-2 (benzobicyclo [3.3.1] nonane series) rather than keto acid H-2 (5-isoabietic acid series).

A nonlinear systems model for the control mechanism of free fatty acid-glucose metabolosm in normal humans

A mathematical model is proposed in this thesis for the control mechanism of free fatty acid-glucose metabolism in healthy individuals under resting conditions. The objective is to explain in a consistent manner some clinical laboratory observations such as glucose, insulin and free fatty acid responses to intravenous injection of glucose, insulin, etc. Responses up to only about two hours from the beginning of infusion are considered. The model is an extension of the one for glucose homeostasis proposed by Charette, Kadish and Sridhar (Modeling and Control Aspects of Glucose Homeostasis. Mathematical Biosciences, 1969). It is based upon a systems approach and agrees with the current theories of glucose and free fatty acid metabolism. The description is in terms of ordinary differential equations. Validation of the model is based on clinical laboratory data available at the present time. Finally procedures are suggested for systematically identifying the parameters associated with the free fatty acid portion of the model.