Tests of multimode quantum nonlocality with homodyne measurements

We investigate the violation of local realism in Bell tests involving homodyne measurements performed on multimode continuous-variable states. By binning the measurement outcomes in an appropriate way, we prove that the Mermin-Klyshko inequality can be violated by an amount that grows exponentially with the number of modes. Furthermore, the maximum violation allowed by quantum mechanics can be attained for any number of modes, albeit requiring a quantum state whose generation is hardly practicable. Interestingly, this exponential increase of the violation holds true even for simpler states, such as multipartite GHZ states. The resulting benefit of using more modes is shown to be significant in practical multipartite Bell tests by analyzing the increase of the robustness to noise with the number of modes. In view of the high efficiency achievable with homodyne detection, our results thus open a possible way to feasible loophole-free Bell tests that are robust to experimental imperfections. We provide an explicit example of a three-mode state (a superposition of coherent states) which results in a significantly high violation of the Mermin-Klyshko inequality (around 10%) with homodyne measurements.

Detecting the work statistics through Ramsey-like interferometry

Out-of-equilibrium statistical mechanics is attracting considerable interest due to the recent advances in the control and manipulations of systems at the quantum level. Recently, an interferometric scheme for the detection of the characteristic function of the work distribution following a time-dependent process has been proposed [L. Mazzola et al., Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 230602]. There, it was demonstrated that the work statistics of a quantum system undergoing a process can be reconstructed by effectively mapping the characteristic function of work on the state of an ancillary qubit. Here, we expand that work in two important directions. We first apply the protocol to an interesting specific physical example consisting of a superconducting qubit dispersively coupled to the field of a microwave resonator, thus enlarging the class of situations for which our scheme would be key in the task highlighted above. We then account for the interaction of the system with an additional one (which might embody an environment), and generalize the protocol accordingly.

Vector bundles on the projective line and finite domination of chain complexes

We present an algebro-geometric approach to a theorem on finite domination of chain complexes over a Laurent polynomial ring. The approach uses extension of chain complexes to sheaves on the projective line, which is governed by a K-theoretical obstruction.

Sets of multiplicity and closable multipliers on group algebras

We undertake a detailed study of the sets of multiplicity in a second countable locally compact group G and their operator versions. We establish a symbolic calculus for normal completely bounded maps from the space B(L-2(G)) of bounded linear operators on L-2 (G) into the von Neumann algebra VN(G) of G and use it to show that a closed subset E subset of G is a set of multiplicity if and only if the set E* = {(s,t) is an element of G x G : ts(-1) is an element of E} is a set of operator multiplicity. Analogous results are established for M-1-sets and M-0-sets. We show that the property of being a set of multiplicity is preserved under various operations, including taking direct products, and establish an Inverse Image Theorem for such sets. We characterise the sets of finite width that are also sets of operator multiplicity, and show that every compact operator supported on a set of finite width can be approximated by sums of rank one operators supported on the same set. We show that, if G satisfies a mild approximation condition, pointwise multiplication by a given measurable function psi : G -> C defines a closable multiplier on the reduced C*-algebra G(r)*(G) of G if and only if Schur multiplication by the function N(psi): G x G -> C, given by N(psi)(s, t) = psi(ts(-1)), is a closable operator when viewed as a densely defined linear map on the space of compact operators on L-2(G). Similar results are obtained for multipliers on VN(C).

Local operator multipliers and positivity

We establish an unbounded version of Stinespring's Theorem and a lifting result for Stinespring representations of completely positive modular maps defined on the space of all compact operators. We apply these results to study positivity for Schur multipliers. We characterise positive local Schur multipliers, and provide a description of positive local Schur multipliers of Toeplitz type. We introduce local operator multipliers as a non-commutative analogue of local Schur multipliers, and characterise them extending both the characterisation of operator multipliers from [16] and that of local Schur multipliers from [27]. We provide a description of the positive local operator multipliers in terms of approximation by elements of canonical positive cones.

Dynamical symmetries and crossovers in a three-spin system with collective dissipation

We consider the non-equilibrium dynamics of a simple system consisting of interacting spin-1/2 particles subjected to a collective damping. The model is close to situations that can be engineered in hybrid electro/opto-mechanical settings. Making use of large-deviation theory, we find a Gallavotti-Cohen symmetry in the dynamics of the system as well as evidence for the coexistence of two dynamical phases with different activity levels. We show that additional damping processes smooth out this behavior. Our analytical results are backed up by Monte Carlo simulations that reveal the nature of the trajectories contributing to the different dynamical phases.

Coherent and stochastic contributions of compound resonances in atomic processes: Electron recombination, photoionization, and scattering

In open-shell atoms and ions, processes such as photoionization, combination (Raman) scattering, electron scattering, and recombination are often mediated by many-electron compound resonances. We show that their interference (neglected in the independent-resonance approximation) leads to a coherent contribution, which determines the energy-averaged total cross sections of electron- and photon-induced reactions obtained using the optical theorem. In contrast, the partial cross sections (e.g., electron recombination or photon Raman scattering) are dominated by the stochastic contributions. Thus, the optical theorem provides a link between the stochastic and coherent contributions of the compound resonances. Similar conclusions are valid for reactions via compound states in molecules and nuclei.

Sets of p-multiplicity in locally compact groups

We initiate the study of sets of p-multiplicity in locally compact groups and their operator versions. We show that a closed subset E of a second countable locally compact group G is a set of p-multiplicity if and only if E∗={(s,t):ts−1∈E} is a set of operator p-multiplicity. We exhibit examples of sets of p-multiplicity, establish preservation properties for unions and direct products, and prove a p-version of the Stone–von Neumann Theorem.

Comments on “Wirtinger-based integral inequality: Application to time-delay systems [Automatica 49 (2013) 2860–2866]”

In a recent paper (Automatica 49 (2013) 2860–2866), the Wirtinger-based inequality has been introduced to derive tractable stability conditions for time-delay or sampled-data systems. We point out that there exist two errors in Theorem 8 for the stability analysis of sampled-data systems, and the correct theorem is presented.

Thermodynamics of trajectories and local fluctuation theorems for harmonic quantum networks

We present a general method to undertake a thorough analysis of the thermodynamics of the quantum jump trajectories followed by an arbitrary quantum harmonic network undergoing linear and bilinear dynamics. The approach is based on the phase-space representation of the state of a harmonic network. The large deviation function associated with this system encodes the full counting statistics of exchange and also allows one to deduce for fluctuation theorems obeyed by the dynamics. We illustrate the method showing the validity of a local fluctuation theorem about the exchange of excitations between a restricted part of the environment (i.e., a local bath) and a harmonic network coupled with different schemes.

Exact and numerical solutions for diffusio-reaction equations with convection term

Esta dissertação estuda essencialmente dois problemas: (A) uma classe de equações unidimensionais de reacção-difusão-convecção em meios não uniformes (dependentes do espaço), e (B) um problema elíptico não-linear e paramétrico ligado a fenómenos de capilaridade. A Análise de Perturbação Singular e a dinâmica de Hamilton-Jacobi são utilizadas na obtenção de expressões assimptóticas para a solução (com comportamento de frente) e para a sua velocidade de propagação. Os seguintes três métodos de decomposição, Adomian Decomposition Method (ADM), Decomposition Method based on Infinite Products (DIP), e New Iterative Method (NIM), são apresentados e brevemente comparados. Adicionalmente, condições suficientes para a convergência da solução em série, obtida pelo ADM, e uma aplicação a um problema da Telecomunicações por Fibras Ópticas, envolvendo EDOs não-lineares designadas equações de Raman, são discutidas. Um ponto de vista mais abrangente que unifica os métodos de decomposição referidos é também apresentado. Para subclasses desta EDP são obtidas soluções numa forma explícita, para diferentes tipos de dados e usando uma variante do método de simetrias de Bluman-Cole. Usando Teoria de Pontos Críticos (o teorema usualmente designado mountain pass) e técnicas de truncatura, prova-se a existência de duas soluções não triviais (uma positiva e uma negativa) para o problema elíptico não-linear e paramétrico (B). A existência de uma terceira solução não trivial é demonstrada usando Grupos Críticos e Teoria de Morse.

A generalization of fiedler's lemma and some applications

In a previous paper [M. Robbiano, E.A. Martins, and I. Gutman, Extending a theorem by Fiedler and applications to graph energy, MATCH Commun. Math. Comput. Chem. 64 (2010), pp. 145-156], a lemma by Fiedler was used to obtain eigenspaces of graphs, and applied to graph energy. In this article Fiedler's lemma is generalized and this generalization is applied to graph spectra and graph energy. © 2011 Taylor & Francis.

Existence results for elliptic equations with singular terms

Esta dissertação estuda em detalhe três problemas elípticos: (I) uma classe de equações que envolve o operador Laplaciano, um termo singular e nãolinearidade com o exponente crítico de Sobolev, (II) uma classe de equações com singularidade dupla, o expoente crítico de Hardy-Sobolev e um termo côncavo e (III) uma classe de equações em forma divergente, que envolve um termo singular, um operador do tipo Leray-Lions, e uma função definida nos espaços de Lorentz. As não-linearidades consideradas nos problemas (I) e (II), apresentam dificuldades adicionais, tais como uma singularidade forte no ponto zero (de modo que um "blow-up" pode ocorrer) e a falta de compacidade, devido à presença do exponente crítico de Sobolev (problema (I)) e Hardy-Sobolev (problema (II)). Pela singularidade existente no problema (III), a definição padrão de solução fraca pode não fazer sentido, por isso, é introduzida uma noção especial de solução fraca em subconjuntos abertos do domínio. Métodos variacionais e técnicas da Teoria de Pontos Críticos são usados para provar a existência de soluções nos dois primeiros problemas. No problema (I), são usadas uma combinação adequada de técnicas de Nehari, o princípio variacional de Ekeland, métodos de minimax, um argumento de translação e estimativas integrais do nível de energia. Neste caso, demonstramos a existência de (pelo menos) quatro soluções não triviais onde pelo menos uma delas muda de sinal. No problema (II), usando o método de concentração de compacidade e o teorema de passagem de montanha, demostramos a existência de pelo menos duas soluções positivas e pelo menos um par de soluções com mudança de sinal. A abordagem do problema (III) combina um resultado de surjectividade para operadores monótonos, coercivos e radialmente contínuos com propriedades especiais do operador de tipo Leray- Lions. Demonstramos assim a existência de pelo menos, uma solução no espaço de Lorentz e obtemos uma estimativa para esta solução.

F. G. Teixeira e a comunidade matemática europeia nos séculos XIX-XX

Esta dissertação descreve o processo de integração dos matemáticos portugueses na comunidade matemática internacional no final do século XIX e início do século XX, focando-se na vida e obra do matemático Francisco Gomes Teixeira (1851-1933). Tenciona a ser mais um contributo para o reconhecimento nacional e internacional do matemático Gomes Teixeira analisando a sua obra como matemático e organizador científico em Portugal através de fontes, parcialmente ainda não conhecidas. Para esse efeito analisou-se a evolução histórica que ocorreu no mundo científico daquela época, em particular a formação da comunidade matemática através de iniciativas individuais ou coletivas, muitas vezes acompanhadas pela fundação de revistas e elaboração de manuais que contribuíram para a internacionalização e, de certa forma, para uma estandardização do estudo universitário básico. Em particular foi estudada a situação em Portugal, onde o papel de liderança foi assumido por Gomes Teixeira. Mostra-se como Gomes Teixeira, graças ao seu trabalho, ao seu talento como matemático e à sua atividade como organizador académico, conseguiu reduzir significativamente o isolamento científico de Portugal na área da matemática. Estudou-se em extensão a fundação de revistas científicas em diferentes países, acompanhando a sua evolução desde de revistas nacionais até revistas internacionais. Focando-nos no Jornal de Sciencias Matemáticas e Astronómicas, fundado em 1877 por Gomes Teixeira (mais tarde conhecido internacionalmente como Teixeira’s Journal), acompanhamos detalhadamente a sua transformação de uma revista nacional numa revista internacional, sendo esta transformação comum naquela época à maioria de revistas científicas importantes de outros países como, por exemplo, no caso do Jornal de Crelle, do Jornal de Liouville, ou outros. Estudou-se igualmente o reconhecimento a nível internacional, através de referências estrangeiras, da abordagem original de Gomes Teixeira à Análise Infinitesimal patente nos seus manuais. O interesse de Gomes Teixeira pela teoria das funções analíticas e pelos seus diferentes desenvolvimentos em série manifestou-se no grande número de artigos publicados sobre este tema e encontrou reconhecimento justo pela designação de um teorema que completa resultados de Lagrange e de Laurent como Teorema de Teixeira. Na sua análise do mérito científico de Gomes Teixeira esta dissertação restringiu-se conscientemente nesta área da Análise Matemática, uma vez que um estudo abrangente de toda a obra ultrapassasse o nosso objetivo. Foi também discutido o intenso intercâmbio científico levado a cabo por Gomes Teixeira através de correspondência e troca de publicações ou permuta de revistas com os matemáticos de diferentes países. Esta análise permitiu verificar um aumento da popularidade dos matemáticos portugueses através do incremento do número de artigos publicados no estrangeiro durante quase 30 anos. Uma fonte imprescindível nesta análise foi o Jahrbuch über die Fortschritte der Mathematik, cujas referências (em geral na língua alemã e por isso até agora quase nunca usadas na literatura Portuguesa) documentaram as publicações em quase todas as revistas matemáticas durante os anos da sua existência entre 1868 e 1942. Descreve-se a colaboração de Gomes Teixeira com diferentes organizações internacionais e documenta-se o apreço internacional por parte do mundo académico. Novos documentos traçam o processo de eleição como membro da Academia das Ciências Alemã Leopoldina, sob proposta de Georg Cantor e outros matemáticos alemães. Finalmente, incluí-se uma breve descrição das atividades levadas a cabo na Rússia, em Espanha e na Grécia em prol do processo de internacionalização da comunidade matemática europeia tendo em vista uma melhor contextualização do contributo de Gomes Teixeira para a integração de Portugal neste processo.

Boundary value problems for analytic functions in the class of Cauchy-type integrals with density in

We study the Riemann boundary value problem , for analytic functions in the class of analytic functions represented by the Cauchy-type integrals with density in the spaces with variable exponent. We consider both the case when the coefficient is piecewise continuous and it may be of a more general nature, admitting its oscillation. The explicit formulas for solutions in the variable exponent setting are given. The related singular integral equations in the same setting are also investigated. As an application there is derived some extension of the Szegö-Helson theorem to the case of variable exponents.