Polarization squeezing and continuous-variable polarization entanglement

A concept of polarization entanglement for continuous variables is introduced. For this purpose the Stokes-parameter operators and the associated Poincare sphere, which describe the quantum-optical polarization properties of light, are defined and their basic properties are reviewed. The general features of the Stokes operators are illustrated by evaluation of their means and variances for a range of simple polarization states. Some of the examples show polarization squeezing, in which the variances of one or more Stokes parameters are smaller than the coherent-state value. The main object of the paper is the application of these concepts to bright squeezed light. It is shown that a light beam formed by interference of two orthogonally polarized quadrature-squeezed beams exhibits squeezing in some of the Stokes parameters. Passage of such a primary polarization-squeezed beam through suitable optical components generates a pair of polarization-entangled light beams with the nature of a two-mode squeezed state. Implementation of these schemes using the double-fiber Sagnac interferometer provides an efficient method for the generation of bright nonclassical polarization states. The important advantage of these nonclassical polarization states for quantum communication is the possibility of experimentally determining all of the relevant conjugate variables of both squeezed and entangled fields using only linear optical elements followed by direct detection.

Habitat requirements for the conservation of arboreal marsupials in dry sclerophyll forests of Southeast Queensland, Australia

The habitat requirements of arboreal marsupials were investigated in the dry sclerophyll forests of southeast Queensland, Australia. Species richness and abundance of arboreal marsupials was correlated to the proportion of total stand basal area occupied by lemon-scented gum (Corymbia citriodora), the height of the tallest trees, and density of hollow-bearing trees. The first two factors suggested that the most productive forests were also the most suitable habitats for arboreal marsupials. Importantly, the number of hollow-bearing trees was a significant factor in determining species richness and abundance of arboreal marsupials in this study, with the maximum number of species reached at sites containing greater than or equal to4 hollow-bearing trees/ha, and maximum abundance occurring at sites with :6 hollow-bearingtrees/ha. The proportion of C. citriodora was significant for the presence of the common brushtail possum (Trichosurus vulpecula), greater glider (Petauroides volans), and the yellow-bellied glider (Petaurus australis), while understory Acacia sp. density was important for the presence of the sugar glider (Petaurus breviceps). The yellow-bellied glider was also affected by two other variables: the density of hollow-bearing trees >50 cm diameter at breast height (dbh), and the time since the last logging. Current Codes of Practice regulating the density of hollow-bearing trees and silvicultural practices in state-owned timber production forests appear to provide adequate protection for arboreal marsupials, but the recently introduced increase in timber extraction rates within state forests may be detrimental to the animals. Also, protective prescriptions do not apply to the privately owned and leasehold estates, which contain the majority of the dry sclerophyll forests in southeast Queensland.

A compartmental model of hepatic disposition kinetics: 1. Model development and application to linear kinetics

The conventional convection-dispersion model is widely used to interrelate hepatic availability (F) and clearance (Cl) with the morphology and physiology of the liver and to predict effects such as changes in liver blood flow on F and Cl. The extension of this model to include nonlinear kinetics and zonal heterogeneity of the liver is not straightforward and requires numerical solution of partial differential equation, which is not available in standard nonlinear regression analysis software. In this paper, we describe an alternative compartmental model representation of hepatic disposition (including elimination). The model allows the use of standard software for data analysis and accurately describes the outflow concentration-time profile for a vascular marker after bolus injection into the liver. In an evaluation of a number of different compartmental models, the most accurate model required eight vascular compartments, two of them with back mixing. In addition, the model includes two adjacent secondary vascular compartments to describe the tail section of the concentration-time profile for a reference marker. The model has the added flexibility of being easy to modify to model various enzyme distributions and nonlinear elimination. Model predictions of F, MTT, CV2, and concentration-time profile as well as parameter estimates for experimental data of an eliminated solute (palmitate) are comparable to those for the extended convection-dispersion model.

Design of microchannel free-space optical interconnects based on vertical-cavity surface-emitting laser arrays

We investigate the design of free-space optical interconnects (FSOIs) based on arrays of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs), microlenses, and photodetectors. We explain the effect of the modal structure of a multimodeVCSEL beam on the performance of a FSOI with microchannel architecture. A Gaussian-beam diffraction model is used in combination with the experimentally obtained spectrally resolved VCSEL beam profiles to determine the optical channel crosstalk and the signal-to-noise ratio (SNR) in the system. The dependence of the SNR on the feature parameters of a FSOI is investigated. We found that the presence of higher-order modes reduces the SNR and the maximum feasible interconnect distance. We also found that the positioning of a VCSEL array relative to the transmitter microlens has a significant impact on the SNR and the maximum feasible interconnect distance. Our analysis shows that the departure from the traditional confocal system yields several advantages including the extended interconnect distance and/or improved SNR. The results show that FSOIs based on multimode VCSELs can be efficiently utilized in both chip-level and board-level interconnects. (C) 2002 Optical Society of America.

One-dimensional quantum walk with unitary noise

The effect of unitary noise on the discrete one-dimensional quantum walk is studied using computer simulations. For the noiseless quantum walk, starting at the origin (n=0) at time t=0, the position distribution P-t(n) at time t is very different from the Gaussian distribution obtained for the classical random walk. Furthermore, its standard deviation, sigma(t) scales as sigma(t)similar tot, unlike the classical random walk for which sigma(t)similar toroott. It is shown that when the quantum walk is exposed to unitary noise, it exhibits a crossover from quantum behavior for short times to classical-like behavior for long times. The crossover time is found to be Tsimilar toalpha(-2), where alpha is the standard deviation of the noise.

Efficacy, timing and method of application of fungicides for management of sorghum ergot caused by Claviceps africana

Trials conducted in Queensland, Australia between 1997 and 2002 demonstrated that fungicides belonging to the triazole group were the most effective in minimising the severity of infection of sorghum by Claviceps africana, the causal agent of sorghum ergot. Triadimenol ( as Bayfidan 250EC) at 0.125 kg a. i./ha was the most effective fungicide. A combination of the systemic activated resistance compound acibenzolar-S-methyl ( as Bion 50WG) at 0.05 kg a. i./ha and mancozeb ( as Penncozeb 750DF) at 1.5 kg a. i./ha has the potential to provide protection against the pathogen, should triazole-resistant isolates be detected. Timing and method of fungicide application are important. Our results suggest that the triazole fungicides have no systemic activity in sorghum panicles, necessitating the need for multiple applications from first anthesis to the end of flowering, whereas acibenzolar-S-methyl is most effective when applied 4 days before flowering. The flat fan nozzles tested in the trials provided higher levels of protection against C. africana and greater droplet deposition on panicles than the tested hollow cone nozzles. Application of triadimenol by a fixed wing aircraft was as efficacious as application through a tractor-mounted boom spray.

Experimental investigation of criteria for continuous variable entanglement

We generate a pair of entangled beams from the interference of two amplitude squeezed beams. The entanglement is quantified in terms of EPR paradox and inseparability criteria, with both results clearly beating the standard quantum limit. We experimentally analyze the effect of decoherence on each criterion and demonstrate qualitative differences. We also characterize the number of required and excess photons present in the entangled beams and provide contour plots of the efficacy of quantum information protocols in terms of these variables.

Biased EPR entanglement and its application to teleportation

We consider pure continuous variable entanglement with non-equal correlations between orthogonal quadratures. We introduce a simple protocol which equates these correlations and in the process transforms the entanglement onto a state with the minimum allowed number of photons. As an example we show that our protocol transforms, through unitary local operations, a single squeezed beam split on a beam splitter into the same entanglement that is produced when two squeezed beams are mixed orthogonally. We demonstrate that this technique can in principle facilitate perfect teleportation utilizing only one squeezed beam.

Optical experiments beyond the quantum limit: Squeezing entanglement and teleportation

Results of experiments recently performed are reported, in which two optical parametric amplifiers were set up to generate two independently quadrature squeezed continuous wave laser beams. The transformation of quadrature squeezed states into polarization squeezed states and into states with spatial quantum correlations is demonstrated. By utilizing two squeezed laser beams, a polarization squeezed state exhibiting three simultaneously squeezed Stokes operator variances was generated. Continuous variable polarization entanglement was generated and the Einstein-Podolsky-Rosen paradox was observed. A pair of Stokes operators satisfied both the inseparability criterion and the conditional variance criterion. Values of 0.49 and 0.77, respectively, were observed, with entanglement requiring values below unity. The inseparability measure of the observed quadrature entanglement was 0.44. This value is sufficient for a demonstration of quantum teleportation, which is the next experimental goal of the authors.

Continuous variable polarization entanglement, experiment and analysis

We generate and characterize continuous variable polarization entanglement between two optical beams. We first produce quadrature entanglement, and by performing local operations we transform it into a polarization basis. We extend two entanglement criteria, the inseparability criteria proposed by Duan et al (2000 Phys. Rev. Lett. 84 2722) and the Einstein–Podolsky–Rosen (EPR) paradox criteria proposed by Reid and Drummond (1988 Phys. Rev. Lett. 60 2731), to Stokes operators; and use them to characterize the entanglement. Our results for the EPR paradox criteria are visualized in terms of uncertainty balls on the Poincaré sphere. We demonstrate theoretically that using two quadrature entangled pairs it is possible to entangle three orthogonal Stokes operators between a pair of beams, although with a bound √3 times more stringent than for the quadrature entanglement.

Basis set convergence in Hartree-Fock calculations of some diatomic molecules containing first and second-row atoms

Investiga-se a convergência de conjuntos de bases em direção ao limite numérico da energia Hartree-Fock (HF) total para as seqüências hierárquicas dos conjuntos de bases XZP e ccpVXZ. Para as duas hierarquias, melhoramentos significativos são obtidos com cada incremento em X. Para estimar o limite do conjunto de base completo, uma forma exponencial foi usada. Entre as várias aproximações consideradas aqui, uma extrapolação exponencial de três parâmetros aplicada aos resultados TZP, QZP e 5ZP deu os limites do conjunto de bases mais precisos. Em adição, energias HF dos orbitais moleculares ocupados mais altos de algumas moléculas diatômicas foram calculadas com o conjunto 5ZP e comparadas com as correspondentes obtidas com o conjunto cc-pV5Z e com um método numérico HF.

Modelagem da dispersão de odores em ambientes urbanos

O presente trabalho investigou o problema da modelagem da dispersão de compostos odorantes em presença de obstáculos (cúbicos e com forma complexa) sob condição de estabilidade atmosférica neutra. Foi empregada modelagem numérica baseada nas equações de transporte (CFD1) bem como em modelos algébricos baseados na pluma Gausseana (AERMOD2, CALPUFF3 e FPM4). Para a validação dos resultados dos modelos e a avaliação do seu desempenho foram empregados dados de experimentos em túnel de vento e em campo. A fim de incluir os efeitos da turbulência atmosférica na dispersão, dois diferentes modelos de sub-malha associados à Simulação das Grandes Escalas (LES5) foram investigados (Smagorinsky dinâmico e WALE6) e, para a inclusão dos efeitos de obstáculos na dispersão nos modelos Gausseanos, foi empregado o modelo PRIME7. O uso do PRIME também foi proposto para o FPM como uma inovação. De forma geral, os resultados indicam que o uso de CFD/LES é uma ferramenta útil para a investigação da dispersão e o impacto de compostos odorantes em presença de obstáculos e também para desenvolvimento dos modelos Gausseanos. Os resultados também indicam que o modelo FPM proposto, com a inclusão dos efeitos do obstáculo baseado no PRIME também é uma ferramenta muito útil em modelagem da dispersão de odores devido à sua simplicidade e fácil configuração quando comparado a modelos mais complexos como CFD e mesmo os modelos regulatórios AERMOD e CALPUFF. A grande vantagem do FPM é a possibilidade de estimar-se o fator de intermitência e a relação pico-média (P/M), parâmetros úteis para a avaliação do impacto de odores. Os resultados obtidos no presente trabalho indicam que a determinação dos parâmetros de dispersão para os segmentos de pluma, bem como os parâmetros de tempo longo nas proximidades da fonte e do obstáculo no modelo FPM pode ser melhorada e simulações CFD podem ser usadas como uma ferramenta de desenvolvimento para este propósito. Palavras chave: controle de odor, dispersão, fluidodinâmica computacional, modelagem matemática, modelagem gaussiana de pluma flutuante, simulação de grandes vórtices (LES).

Efeito da distribuição do tamanho das partículas abrasivas sobre as taxas e modos de desgaste para o ensaio de microabrasão

Neste trabalho, as distribuições de tamanhos das partículas de dois pós de Carboneto de Silício foram previamente avaliadas e os resultados indicaram uma distribuição Gaussiana para ambos, com tamanhos médios na ordem de 2 μm para o primeiro e 6 μm para o segundo. Posteriormente foram misturados os dois pós originais com diferentes frações mássicas, proporcionando uma nova série de pós de Carboneto de Silício (SiC), que seriam usados nos ensaios de microabrasão com configuração de esfera fixa. A caracterização desta nova série de pós mostrou larguras maiores para aqueles com alto porcentagem do abrasivo pequeno (2,11 μm), conservando a aparência Gaussiana dos originais. Por outro lado para os pós com uma quantidade maior do abrasivo grande (6,57 μm), foram obtidas curvas com uma leve tendência bimodal, mas também apresentaram maiores larguras. As provas foram conduzidas sobre aço carbono AISI 1020, para duas condições diferentes de carga normal e os resultados foram analisados em termos da taxa de desgaste, bem como dos micromecanismos de desgaste (abrasão por rolamento ou abrasão por riscamento). Os resultados indicaram que a fração mássica dos pós originais tem um efeito significante sobre os micromecanismos de desgaste observados e que as taxas de desgaste não segue uma relação linear com a fração mássica do pó com maior tamanho da partícula abrasiva. Além disso, a análise da severidade de contato determinou que esta diminui durante os ensaios conduzidos com carga constante. Este fenômeno está associado ao aumento da área da cratera de desgaste que produz uma diminuição da pressão de contato. Assim, um incremento para o número de eventos associado ao rolamento de partículas seria esperado, favorecendo a observação de múltiplas indentações ao longo dos sulcos formados previamente. Isto foi confirmado por meio de micrografias eletrônicas de varredura das amostras após ensaios de microabrasão.

Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal

As vigas mistas de aço e concreto estão sendo largamente utilizadas em construções de edifícios e pontes. Ao se combinar o aço com o concreto obtêm-se estruturas mais econômicas, uma vez que se tira proveito das melhores características de cada material. Nas regiões de momento negativo de uma viga mista contínua, a mesa inferior e parte da alma estão comprimidas, se a alma do perfil não tiver rigidez suficiente para evitar a flexão lateral, ela distorcerá gerando um deslocamento lateral e um giro na mesa comprimida, caracterizando um modo de flambagem denominado flambagem lateral com distorção (FLD). O procedimento de verificação à FLD da EN 1994-1-1:2004 originou o método de cálculo da ABNT NBR 8800:2008, entretanto a EN 1994-1-1:2004 não fornece expressão para o cálculo do momento crítico elástico, enquanto a ABNT NBR 8800:2008 prescreve uma formulação proposta por Roik, Hanswille e Kina (1990) desenvolvida para vigas mistas com perfis de alma plana. Embora as normas prescrevam um método de verificação à FLD para vigas mistas com perfis de alma plana, poucos estudos têm sido feitos sobre esse estado-limite. Além disso, tanto a ABNT NBR 8800:2008 quanto as normas internacionais não abordam perfis de alma senoidal. Neste trabalho, foram implementadas análises de flambagem elástica, com auxílio do software ANSYS 14.0 (2011), em modelos de elementos finitos que retratem o comportamento à FLD de vigas mistas de aço e concreto com perfis de alma plana e senoidal. Os modelos numéricos foram constituídos pelo perfil de aço, por uma mola rotacional que restringe parcialmente o giro da mesa superior e uma restrição ao deslocamento lateral, ao longo de todo o comprimento da viga. Os resultados numéricos são comparados com os obtidos pelas formulações de Roik, Hanswille e Kina (1990) e de Hanswille (2002), adaptadas para levar em consideração a corrugação da alma do perfil de aço. Para avaliação das formulações supracitadas e da consistência da modelagem numérica adotada, o momento crítico elástico foi determinado para vigas mistas com perfis de aço de alma plana. Como resultado, um método para o cálculo do momento crítico elástico de vigas mistas de alma senoidal é proposto.

Modelo de escoamento multifásico para estudo da interação onda/sedimento

Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq, baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das ondas, quando comparada à teoria linear para um kh   . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa