Switching off the reservoir through nonstationary quantum systems

In this paper, we demonstrate that the inevitable action of the environment can be substantially weakened when considering appropriate nonstationary quantum systems. Beyond protecting quantum states against decoherence, an oscillating frequency can be engineered to make the system-reservoir coupling almost negligible. Differently from the program for engineering reservoir and similarly to the schemes for dynamical decoupling of open quantum systems, our technique does not require previous knowledge of the state to be protected. However, differently from the previously-reported schemes for dynamical decoupling, our technique does not rely on the availability of tailored external pulses acting faster than the shortest timescale accessible to the reservoir degree of freedom.

Spontaneous recoherence of quantum states after decoherence

In this work, we identify the set of time-dependent pure states building the statistical mixture to which a system, initially in a pure state, is driven by the reservoir. This set of time-dependent pure states, composing what we term a pure basis, are those that diagonalize the reduced density operator of the system. Next, we show that the evolution of the pure-basis states reveals an interesting phenomenon as the system, after decoherence, evolves toward the equilibrium: the spontaneous recoherence of quantum states. Around our defined recoherence time, the statistical mixture associated with a special kind of initial states termed even-symmetric, spontaneously undergoes a recoherence process, by which the initial state of the system emerges from the mixture except for its reduced excitation drained into the reservoir. This phenomenon reveals that the reservoir only shuffle the original information carried out by the initial state of the system instead of erasing it. Moreover, as the spontaneously recohered state occurs only for asymptotic time, we also present a protocol to extract it from the mixture through specific projective measurements. The password to retrieve the original information stems is the knowledge of both the initial state itself and the associated pure basis. A definition of the decoherence time of an N-state superposition is also presented.

The double Caldeira-Leggett model: Derivation and solutions of the master equations, reservoir-induced interactions and decoherence

In this paper we analyze the double Caldeira-Leggett model: the path integral approach to two interacting dissipative harmonic oscillators. Assuming a general form of the interaction between the oscillators, we consider two different situations: (i) when each oscillator is coupled to its own reservoir, and (ii) when both oscillators are coupled to a common reservoir. After deriving and solving the master equation for each case, we analyze the decoherence process of particular entanglements in the positional space of both oscillators. To analyze the decoherence mechanism we have derived a general decay function, for the off-diagonal peaks of the density matrix, which applies both to common and separate reservoirs. We have also identified the expected interaction between the two dissipative oscillators induced by their common reservoir. Such a reservoir-induced interaction, which gives rise to interesting collective damping effects, such as the emergence of relaxation- and decoherence-free subspaces, is shown to be blurred by the high-temperature regime considered in this study. However, we find that different interactions between the dissipative oscillators, described by rotating or counter-rotating terms, result in different decay rates for the interference terms of the density matrix. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Quasi-perfect state transfer in a bosonic dissipative network

In this paper we propose a scheme for quasi-perfect state transfer in a network of dissipative harmonic oscillators. We consider ideal sender and receiver oscillators connected by a chain of nonideal transmitter oscillators coupled by nearest-neighbour resonances. From the algebraic properties of the dynamical quantities describing the evolution of the network state, we derive a criterion, fixing the coupling strengths between all the oscillators, apart from their natural frequencies, enabling perfect state transfer in the particular case of ideal transmitter oscillators. Our criterion provides an easily manipulated formula enabling perfect state transfer in the special case where the network nonidealities are disregarded. We also extend such a criterion to dissipative networks where the fidelity of the transferred state decreases due to the loss mechanisms. To circumvent almost completely the adverse effect of decoherence, we propose a protocol to achieve quasi-perfect state transfer in nonideal networks. By adjusting the common frequency of the sender and the receiver oscillators to be out of resonance with that of the transmitters, we demonstrate that the sender`s state tunnels to the receiver oscillator by virtually exciting the nonideal transmitter chain. This virtual process makes negligible the decay rate associated with the transmitter line at the expense of delaying the time interval for the state transfer process. Apart from our analytical results, numerical computations are presented to illustrate our protocol.

Sistema portátil de aquisição de dados para análise dinâmica de estruturas mecânicas

Este trabalho apresenta um sistema microcontrolado para aquisição dinâmica de sinais. O sistema possui condicionadores analógicos para três canais de entrada, possibilitando a leitura de sinais diferenciais provenientes de transdutores ligados em ponte de Wheatstone. Estes condicionadores provêem tensão de excitação AC, com portadora de 5 kHz. A parte digital do sistema baseia-se no microcontrolador Intel 80C196. Apresenta interface com o usuário através de teclado e mostrador de cristal líquido. A taxa de aquisição é de 1000 amostras/s e o armazenamento dos dados é feito em memória Flash de 4 Mbits. Também possibilita comunicação digital serial com um microcomputador tipo PC para análise e tratamento dos dados adquiridos. Um protótipo do equipamento foi montado interligando as partes analógica e digital. Para a calibração dos condicionadores de sinais foi adotado o procedimento de calibração estática, tendo como referência uma unidade de calibração resistiva padrão. Foi determinado o comportamento dos condicionadores através de ensaios dinâmicos, sendo apresentados gráficos de resposta em amplitude e fase em função da freqüência do sinal de entrada. Os dados resultantes de ensaios estáticos e dinâmicos foram adquiridos por um osciloscópio digital e pelo sistema de aquisição desenvolvido. São mostrados gráficos comparativos dos sinais obtidos com ambos os equipamentos.

Medição de deslocamento através de sensores magnetoresistivos aplicada ao movimento mandibular

Neste trabalho é apresentado um método para medição de deslocamentos sem contato, utilizando sensores magnetoresistivos, os quais são sensibilizados pela variação do campo magnético produzido por um imã permanente em deslocamento no espaço. Os sensores magnetoresistivos possuem, internamente, uma ponte de Wheathestone, onde a resistência varia conforme varia o campo magnético, de modo que o circuito mais indicado para este caso é um amplificador e um filtro para cada sensor. O principal objetivo do trabalho é a obtenção de uma técnica para medir deslocamentos sem contato, e estender os resultados para medida de movimentos mandibulares. A montagem consiste de duas placas de celeron, distantes 30mm uma da outra e unidas por parafusos de polietileno. Em cada uma destas placas foram dispostos quatro sensores, num total de oito, sendo que para cada um deles existe um circuito de amplificação e filtragem do sinal de saída. Sob uma chapa de alumínio foi fixado este equipamento e uma mesa de calibração em 3D, a qual, após a obtenção da matriz de calibração, foi substituída por um emulador de movimento mandibular. Os parâmetros do modelo foram estimados através do método dos mínimos quadrados com auxílio do software Matlab, Release 12. Este software também foi utilizado para o sistema de aquisição de dados durante a realização dos experimentos. A imprecisão dos resultados obtidos na determinação dos deslocamentos, está na ordem de décimos de milímetros. O trabalho apresenta, também, o mapeamento do campo magnético do magneto utilizado nos experimentos através do software FEM2000 – Método de elementos finitos aplicado ao eletromagnetismo.

Desenvolvimento de plataforma de força para teclado de computador

Com o advento dos computadores surgiram problemas de saúde associados à tarefa da digitação, causados, principalmente, pela posição estática do corpo, pela repetitividade de movimentos dos membros superiores, pelas forças envolvidas, etc. Na tentativa de relacionar esses fatores com os distúrbios, iniciou-se, na década de 90, o estudo da força aplicada nos teclados de computador. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma plataforma para medir a força aplicada nas teclas do teclado de um computador durante a digitação, para utilização em biomecânica. Foi projetada e construída uma plataforma de força que mede a força vertical, Fz, (direção z), a força horizontal (e transversal) ao teclado, Fy, (direção y) e o momento aplicado no eixo horizontal e longitudinal ao teclado, Mx, (eixo x). Com estes três componentes é possível, numa análise bidimensional (2D), determinar a magnitude do vetor força resultante, seu ângulo com plano horizontal e o ponto de aplicação sobre a superfície da tecla. Os sensores utilizados foram os extensômetros de resistência elétrica, colados em placas que deformam-se principalmente por flexão; estes sensores são ligados em ponte completa de Wheatstone para cada canal de aquisição, Fx, Fy e Mx. Foi construído um modelo em madeira, PVC e acrílico, na escala 4,5:1, para auxiliar na busca de soluções de problemas de construção. Com o objetivo de aperfeiçoar o modelo conceitual criado, utilizou-se modelamento numérico (elementos finitos) Os sinais adquiridos para cada canal são independentes, não necessitando de operações posteriores. O sistema de aquisição é composto por um computador para armazenar e posteriormente tratar matematicamente os dados coletados, por uma placa de aquisição (A/D) de dados, um condicionador de sinais e o programa SAD 2.0 para aquisição e processamento de dados. A linearidade da plataforma de força permaneceu dentro dos limites de 3 % durante a calibração estática. Os testes dinâmicos mostraram que a plataforma possui freqüência fundamental superior a 2300 Hz, o que permite que ela seja utilizada com segurança para a análise de forças aplicadas durante a digitação.

Determinação das características aerodinâmicas de seções transversais de pontes em túnel de vento

A construção de grandes pontes, em especial estaiadas e suspensas, tornou-se mais freqüente nos últimos anos, inclusive no Brasil. O vento constitui-se em uma das principais ações neste tipo de estrutura, sendo fator determinante nas condições de estabilidade da mesma. A forma da seção transversal tem caráter decisivo na determinação dos parâmetros de projeto e, por esta razão, o estudo da ação do vento e sua interação com a ponte devem ser levados em conta na fase de projeto. O objetivo deste trabalho é gerar conhecimento específico sobre a influência da forma da seção transversal de pontes nas características aerodinâmicas estáticas (coeficientes aerodinâmicos), bem como estudar a tendência destas seções a apresentar um tipo de instabilidade estática chamada de divergência torsional. Os coeficientes aerodinâmicos, numa primeira etapa, foram determinados através de estudo experimental de oito formas de seções transversais de pontes em túnel de vento. Na segunda etapa, com base nos resultados da primeira, foi analisada por método analítico a tendência destas seções a apresentar divergência torsional. Os resultados dos coeficientes aerodinâmicos foram coerentes do ponto de vista aerodinâmico. No que se refere à influência da forma da seção transversal, observou-se que as formas mais aerodinâmicas realmente apresentam melhores resultados, isto é, coeficientes aerodinâmicos menores. Quanto à divergência torsional, segundo os resultados obtidos neste trabalho, verificou-se que este fenômeno não constitui um problema para as estruturas de seções de tabuleiros de pontes na faixa de velocidades de vento reais.

Sistema de aquisição do ciclo pressão-volume cardíaco por métodos não-invasivos

A aquisição do ciclo pressão-volume é de grande importância para diagnóstico de cardiopatias e principalmente para o acompanhamento de intervenções terapêuticas, porém os métodos hoje utilizados são caros e agressivos ao paciente, reduzindo por estes motivos sua aplicação. Este estudo pretende obter, por métodos não-invasivos, o ciclo pressão-volume do ventrículo esquerdo de pacientes humanos. Isto consiste na aquisição dos sinais P(t) e V(t) simultaneamente e a apresentação de um gráfico P(V). Para tanto, após a revisão bibliográfica, decidiu-se utilizar a ecocardiografia com detecção automática de bordos, para obtenção do volume ventricular e a medição da onda de pressão transmitida através da artéria braquial para um manguito inflado com ar, conectado a um transdutor piezo-resistivo em ponte. A aquisição da pressão pelo método não-invasivo é comparada a dados resultantes da aquisição invasiva da pressão arterial por catéter intra-aórtico que é considerado padrãoouro. Os sinais são condicionados e digitalizados em uma placa de aquisição com conversor A/D de 8 bits e micro controlador 80c196. Os dados digitalizados são então enviados serialmente para um computador onde são gerados os gráficos. Obteve-se de cinco pacientes nove aquisições simultâneas da pressão invasiva através de catéter intra-aórtico e do protótipo desenvolvido resultando concordância segundo o método de Bland e Altman (1986) (r=0,989; d + 2s= 6,52; d - 2s =-6,07), comprovando a eficiência do método de aquisição. Obteve-se resultado satisfatório também quanto à operação sistema desenvolvido pois foram realizadas dez aquisições em cinco pacientes, registrando-se gráficos bastante similares aos apresentados na literatura disponível.

Desenvolvimento de célula de carga para medir força aplicada durante a escovação dental

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição para a análise biomecânica da força desenvolvida durante a escovação dental, com aquisição e processamento de dados de dinamometria para a análise da escovação dental como um processo eficaz de higiene bucal. Foi desenvolvida uma célula de carga com extensômetros de resistência elétrica, montada em uma escova dental. A célula de carga foi construída com 2 Strain Gages montados em meia ponte de Wheatstone, medindo força em flexão, e 4 Strain Gages montados em ponte completa de Wheatstone medindo força de torque. A aquisição dos dados e análise foi feita através do software SAD2. Foram selecionados 6 indivíduos, dois do sexo masculino e 4 do sexo feminino, todos destros, e instruídos a escovarem os dentes por 1 minuto. Os valores medidos para a força de flexão média variam de 24gf à 526gf e para o esforço de torque médio de –76gfmm à 1890gfmm. A célula de carga desenvolvida mostrou-se repetitiva, com boa sensibilidade e confiável com um erro em flexão de 2,7% e 5,5% em torque. A célula de carga apresentou resultados semelhantes a de outros trabalhos publicados anteriormente, sendo estes válidos para uma análise quantitativa inicial no processo de escovação.