Efficient Characterisation and Optimal Control of Open Quantum Systems - Mathematical Foundations and Physical Applications

Since no physical system can ever be completely isolated from its environment, the study of open quantum systems is pivotal to reliably and accurately control complex quantum systems. In practice, reliability of the control field needs to be confirmed via certification of the target evolution while accuracy requires the derivation of high-fidelity control schemes in the presence of decoherence. In the first part of this thesis an algebraic framework is presented that allows to determine the minimal requirements on the unique characterisation of arbitrary unitary gates in open quantum systems, independent on the particular physical implementation of the employed quantum device. To this end, a set of theorems is devised that can be used to assess whether a given set of input states on a quantum channel is sufficient to judge whether a desired unitary gate is realised. This allows to determine the minimal input for such a task, which proves to be, quite remarkably, independent of system size. These results allow to elucidate the fundamental limits regarding certification and tomography of open quantum systems. The combination of these insights with state-of-the-art Monte Carlo process certification techniques permits a significant improvement of the scaling when certifying arbitrary unitary gates. This improvement is not only restricted to quantum information devices where the basic information carrier is the qubit but it also extends to systems where the fundamental informational entities can be of arbitary dimensionality, the so-called qudits. The second part of this thesis concerns the impact of these findings from the point of view of Optimal Control Theory (OCT). OCT for quantum systems utilises concepts from engineering such as feedback and optimisation to engineer constructive and destructive interferences in order to steer a physical process in a desired direction. It turns out that the aforementioned mathematical findings allow to deduce novel optimisation functionals that significantly reduce not only the required memory for numerical control algorithms but also the total CPU time required to obtain a certain fidelity for the optimised process. The thesis concludes by discussing two problems of fundamental interest in quantum information processing from the point of view of optimal control - the preparation of pure states and the implementation of unitary gates in open quantum systems. For both cases specific physical examples are considered: for the former the vibrational cooling of molecules via optical pumping and for the latter a superconducting phase qudit implementation. In particular, it is illustrated how features of the environment can be exploited to reach the desired targets.

A Theory of Quantitative Inference Applied to a Mechanical Design Compiler

This thesis presents the ideas underlying a computer program that takes as input a schematic of a mechanical or hydraulic power transmission system, plus specifications and a utility function, and returns catalog numbers from predefined catalogs for the optimal selection of components implementing the design. Unlike programs for designing single components or systems, the program provides the designer with a high level "language" in which to compose new designs. It then performs some of the detailed design process. The process of "compilation" is based on a formalization of quantitative inferences about hierarchically organized sets of artifacts and operating conditions. This allows the design compilation without the exhaustive enumeration of alternatives.

Protein Microarray: "Theory" to "Real Practice"

Fueled by ever-growing genomic information and rapid developments of proteomics–the large scale analysis of proteins and mapping its functional role has become one of the most important disciplines for characterizing complex cell function. For building functional linkages between the biomolecules, and for providing insight into the mechanisms of biological processes, last decade witnessed the exploration of combinatorial and chip technology for the detection of bimolecules in a high throughput and spatially addressable fashion. Among the various techniques developed, the protein chip technology has been rapid. Recently we demonstrated a new platform called “Spacially addressable protein array” (SAPA) to profile the ligand receptor interactions. To optimize the platform, the present study investigated various parameters such as the surface chemistry and role of additives for achieving high density and high-throughput detection with minimal nonspecific protein adsorption. In summary the present poster will address some of the critical challenges in protein micro array technology and the process of fine tuning to achieve the optimum system for solving real biological problems.

Compositional evolution with mass transfer in closed systems

Evolution of compositions in time, space, temperature or other covariates is frequent in practice. For instance, the radioactive decomposition of a sample changes its composition with time. Some of the involved isotopes decompose into other isotopes of the sample, thus producing a transfer of mass from some components to other ones, but preserving the total mass present in the system. This evolution is traditionally modelled as a system of ordinary di erential equations of the mass of each component. However, this kind of evolution can be decomposed into a compositional change, expressed in terms of simplicial derivatives, and a mass evolution (constant in this example). A rst result is that the simplicial system of di erential equations is non-linear, despite of some subcompositions behaving linearly. The goal is to study the characteristics of such simplicial systems of di erential equa- tions such as linearity and stability. This is performed extracting the compositional dif ferential equations from the mass equations. Then, simplicial derivatives are expressed in coordinates of the simplex, thus reducing the problem to the standard theory of systems of di erential equations, including stability. The characterisation of stability of these non-linear systems relays on the linearisation of the system of di erential equations at the stationary point, if any. The eigenvelues of the linearised matrix and the associated behaviour of the orbits are the main tools. For a three component system, these orbits can be plotted both in coordinates of the simplex or in a ternary diagram. A characterisation of processes with transfer of mass in closed systems in terms of stability is thus concluded. Two examples are presented for illustration, one of them is a radioactive decay

Application for fault location in electrical power distribution systems

Fault location has been studied deeply for transmission lines due to its importance in power systems. Nowadays the problem of fault location on distribution systems is receiving special attention mainly because of the power quality regulations. In this context, this paper presents an application software developed in Matlabtrade that automatically calculates the location of a fault in a distribution power system, starting from voltages and currents measured at the line terminal and the model of the distribution power system data. The application is based on a N-ary tree structure, which is suitable to be used in this application due to the highly branched and the non- homogeneity nature of the distribution systems, and has been developed for single-phase, two-phase, two-phase-to-ground, and three-phase faults. The implemented application is tested by using fault data in a real electrical distribution power system

Studies about the atomic capabilities concept for linear control systems in physical multi-agent environments

This paper shows the impact of the atomic capabilities concept to include control-oriented knowledge of linear control systems in the decisions making structure of physical agents. These agents operate in a real environment managing physical objects (e.g. their physical bodies) in coordinated tasks. This approach is presented using an introspective reasoning approach and control theory based on the specific tasks of passing a ball and executing the offside manoeuvre between physical agents in the robotic soccer testbed. Experimental results and conclusions are presented, emphasising the advantages of our approach that improve the multi-agent performance in cooperative systems

Proceso de internacionalización de los grupos económicos: el caso colombiano

En un mundo globalizado, las estructuras organizacionales han complejizado en mayor medida su operación. Si bien la Teoría de la organización, menciona el comportamiento de una empresa como un sistema, la mundialización permite que el entorno de dicho sistema se vuelva mucho más ininteligible de manera que la dependencia entre organizaciones, ya sean globales o locales, sea más fuerte entre sí. Este trabajo fue elaborado con el fin de hacer un análisis sobre la existencia y constitución de los Grupos Económicos de Colombia.

Cambios en el régimen de pensiones en Colombia y su efecto en el margen intensivo de la oferta laboral

En Colombia, como en muchos países de América Latina, en los años 80 y 90 se hicieron cambios importantes en los regímenes de pensiones. Este trabajo hace un análisis de uno de esos cambios en Colombia. El cambio consistió en aumentar el tiempo de cotización necesario para reclamar los beneficios pensionales y la inclusión del salario dentro de la fórmula del monto de pensiones. Para este propósito se estudia el impacto sobre la oferta laboral de un cambio exógeno en estas condiciones usando un diseño de regresión discontinua. Se encuentra un efecto positivo sobre las horas promedio trabajadas en la semana.

Perfil acido-base de pacientes con cirrosis descompensada por hemorragia digestiva alta en el departamento de emergencias: serie de casos

Introducción: La hemorragia digestiva (HVDA) es la principal causa de descompensación en pacientes con cirrosis. Caracterizar el estado ácido-base de estos pacientes sería útil para reflejar la severidad del sangrado e identificar pacientes con alto riesgo de complicación. Objetivo: Describir el estado ácido-base de los pacientes que consultaron a urgencias con cirrosis descompensada por HVDA y posteriormente fueron manejados en la unidad de cuidado intensivo (UCI) o fallecieron. Métodos: Se realizó el análisis del estado ácido-base a 10 pacientes con estas características, utilizando tres métodos distintos. Resultados: El perfil ácido-base encontrado fue: acidosis metabólica por iones no medidos, acidosis láctica, alcalosis por hipoalbuminemia y anión gap elevado en la mayoría de pacientes. Conclusiones: La teoría de Henderson-Hasselbach no fue suficiente para identificar pacientes con alto riesgo, debería implementarse concomitantemente el análisis anión gap, base déficit y el método físico–químico, para entender los fenómenos acido base de estos pacientes.

Papel de la Organización de Naciones Unidas ONU (MINUGUA) en el proceso de reconstrucción posconflicto guatemalteco en materia de justicia transicional (1994-2004). Un estado del arte

Estado del arte que recopila pronunciamientos de diversos autores sobre el papel de la Organización de Naciones Unidas, específicamente la Misión MINUGUA, en el proceso de reconstrucción posconflicto en Guatemala comprendido entre el año 1994 y 2004. Se basa en algunas dimensiones de la democratización como son el Estado de Derecho, la democracia representativa, la preeminencia del poder civil, y el fortalecimiento de la cultura democrática. Así mismo, tiene en cuenta los elementos de la justicia transicional, a saber: verdad, justicia y reparación.

Los conceptos de salud financiera, riesgo y epidemiología en los estados financieros de las compañías del sector de extracción de petróleo crudo y gas natural en Colombia

El presente proyecto tiene como objeto identificar cuáles son los conceptos de salud, enfermedad, epidemiología y riesgo aplicables a las empresas del sector de extracción de petróleo y gas natural en Colombia. Dado, el bajo nivel de predicción de los análisis financieros tradicionales y su insuficiencia, en términos de inversión y toma de decisiones a largo plazo, además de no considerar variables como el riesgo y las expectativas de futuro, surge la necesidad de abordar diferentes perspectivas y modelos integradores. Esta apreciación es pertinente dentro del sector de extracción de petróleo y gas natural, debido a la creciente inversión extranjera que ha reportado, US$2.862 millones en el 2010, cifra mayor a diez veces su valor en el año 2003. Así pues, se podrían desarrollar modelos multi-dimensional, con base en los conceptos de salud financiera, epidemiológicos y estadísticos. El termino de salud y su adopción en el sector empresarial, resulta útil y mantiene una coherencia conceptual, evidenciando una presencia de diferentes subsistemas o factores interactuantes e interconectados. Es necesario mencionar también, que un modelo multidimensional (multi-stage) debe tener en cuenta el riesgo y el análisis epidemiológico ha demostrado ser útil al momento de determinarlo e integrarlo en el sistema junto a otros conceptos, como la razón de riesgo y riesgo relativo. Esto se analizará mediante un estudio teórico-conceptual, que complementa un estudio previo, para contribuir al proyecto de finanzas corporativas de la línea de investigación en Gerencia.

Impacto de la apertura en la conectividad e integración de Colombia en la red mundial de comercio

La liberalización colombiana es analizada, con frecuencia, con los coeficientes de apertura, este documento, en cambio, presenta un análisis complementario a través de algoritmos usados en la teoría de redes para caracterizar sistemas complejos. Esta nueva aproximación devela estructuras de la red mundial de comercio antes y después de la apertura, así como cambios en la posición colombiana.

Role of the cultural values as a key part in the implementing of healthy practices : exploratory research

El concepto de organización saludable cada vez toma más fuerza en el ámbito empresarial y académico, a razón de su enfoque integral y al impacto generado en distintos grupos de interés. Debido a su reciente consolidación como concepto, existe un limitado cuerpo de investigación en torno al tema. Para contribuir a la generación de conocimiento en este sentido, se desarrolló un estudio exploratorio el cual tenía como objetivo identificar la relación existente entre la implementación de prácticas saludables en las organizaciones y los valores culturales. En el estudio participaron 66 sujetos a quienes se les administró un cuestionario compuesto por nueve variables, cinco provenientes del modelo de Hofstede (1980) y cuatro más que evaluaban la implementación de prácticas organizacionales saludables. Los resultados obtenidos muestran que los valores culturales predicen la implementación de prácticas saludables.

Factores para la implementación eficiente de un sistema de control de gestión en las organizaciones

La implementación del MCS es una necesidad que demandan las organizaciones en la medida en que incrementan de tamaño, pero la experiencia muestra que esta metodología tiene casos de éxito como de fracaso, por lo que es importante identificar y contemplar los factores que influyen en la implementación para que el sistema sea efectivo. Este proyecto pretende analizar las variables y herramientas para la implementación de un MCS en una organización. Para este análisis se hizo una amplia revisión literaria teórica y práctica. Finalmente el resultado que se obtuvo fue definir cuáles son los factores determinantes para la implementación de un MCS efectivo en una empresa.

Análisis del impacto del tamaño de los activos en la cuenta de resultados mediante la utilización de espacios de fase y análisis de recurrencia

Los resultados financieros de las organizaciones son objeto de estudio y análisis permanente, predecir sus comportamientos es una tarea permanente de empresarios, inversionistas, analistas y académicos. En el presente trabajo se explora el impacto del tamaño de los activos (valor total de los activos) en la cuenta de resultados operativos y netos, analizando inicialmente la relación entre dichas variables con indicadores tradicionales del análisis financiero como es el caso de la rentabilidad operativa y neta y con elementos de estadística descriptiva que permiten calificar los datos utilizados como lineales o no lineales. Descubriendo posteriormente que los resultados financieros de las empresas vigiladas por la Superintendencia de Sociedades para el año 2012, tienen un comportamiento no lineal, de esta manera se procede a analizar la relación de los activos y los resultados con la utilización de espacios de fase y análisis de recurrencia, herramientas útiles para sistemas caóticos y complejos. Para el desarrollo de la investigación y la revisión de la relación entre las variables de activos y resultados financieros se tomó como fuente de información los reportes financieros del cierre del año 2012 de la Superintendencia de Sociedades (Superintendencia de Sociedades, 2012).