994 resultados para QUANTUM COMPUTATION


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We propose a surface planar ion chip which forms a linear radio frequency Paul ion trap. The electrodes reside in the two planes of a chip, and the trap axis is located above the chip surface. Its electric field and potential distribution are similar to the standard linear radio frequency Paul ion trap. This ion trap geometry may be greatly meaningful for quantum information processing.

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Quantum Computing is a relatively modern field which simulates quantum computation conditions. Moreover, it can be used to estimate which quasiparticles would endure better in a quantum environment. Topological Quantum Computing (TQC) is an approximation for reducing the quantum decoherence problem1, which is responsible for error appearance in the representation of information. This project tackles specific instances of TQC problems using MOEAs (Multi-objective Optimization Evolutionary Algorithms). A MOEA is a type of algorithm which will optimize two or more objectives of a problem simultaneously, using a population based approach. We have implemented MOEAs that use probabilistic procedures found in EDAs (Estimation of Distribution Algorithms), since in general, EDAs have found better solutions than ordinary EAs (Evolutionary Algorithms), even though they are more costly. Both, EDAs and MOEAs are population-based algorithms. The objective of this project was to use a multi-objective approach in order to find good solutions for several instances of a TQC problem. In particular, the objectives considered in the project were the error approximation and the length of a solution. The tool we used to solve the instances of the problem was the multi-objective framework PISA. Because PISA has not too much documentation available, we had to go through a process of reverse-engineering of the framework to understand its modules and the way they communicate with each other. Once its functioning was understood, we began working on a module dedicated to the braid problem. Finally, we submitted this module to an exhaustive experimentation phase and collected results.

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A demanda crescente por poder computacional estimulou a pesquisa e desenvolvimento de processadores digitais cada vez mais densos em termos de transistores e com clock mais rápido, porém não podendo desconsiderar aspectos limitantes como consumo, dissipação de calor, complexidade fabril e valor comercial. Em outra linha de tratamento da informação, está a computação quântica, que tem como repositório elementar de armazenamento a versão quântica do bit, o q-bit ou quantum bit, guardando a superposição de dois estados, diferentemente do bit clássico, o qual registra apenas um dos estados. Simuladores quânticos, executáveis em computadores convencionais, possibilitam a execução de algoritmos quânticos mas, devido ao fato de serem produtos de software, estão sujeitos à redução de desempenho em razão do modelo computacional e limitações de memória. Esta Dissertação trata de uma versão implementável em hardware de um coprocessador para simulação de operações quânticas, utilizando uma arquitetura dedicada à aplicação, com possibilidade de explorar o paralelismo por replicação de componentes e pipeline. A arquitetura inclui uma memória de estado quântico, na qual são armazenados os estados individuais e grupais dos q-bits; uma memória de rascunho, onde serão armazenados os operadores quânticos para dois ou mais q-bits construídos em tempo de execução; uma unidade de cálculo, responsável pela execução de produtos de números complexos, base dos produtos tensoriais e matriciais necessários à execução das operações quânticas; uma unidade de medição, necessária à determinação do estado quântico da máquina; e, uma unidade de controle, que permite controlar a operação correta dos componente da via de dados, utilizando um microprograma e alguns outros componentes auxiliares.

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Esta dissertação investiga a aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica na síntese de circuitos sequenciais. Os sistemas digitais sequenciais representam uma classe de circuitos que é capaz de executar operações em uma determinada sequência. Nos circuitos sequenciais, os valores dos sinais de saída dependem não só dos valores dos sinais de entrada como também do estado atual do sistema. Os requisitos cada vez mais exigentes quanto à funcionalidade e ao desempenho dos sistemas digitais exigem projetos cada vez mais eficientes. O projeto destes circuitos, quando executado de forma manual, se tornou demorado e, com isso, a importância das ferramentas para a síntese automática de circuitos cresceu rapidamente. Estas ferramentas conhecidas como ECAD (Electronic Computer-Aided Design) são programas de computador normalmente baseados em heurísticas. Recentemente, os algoritmos evolucionários também começaram a ser utilizados como base para as ferramentas ECAD. Estas aplicações são referenciadas na literatura como eletrônica evolucionária. Os algoritmos mais comumente utilizados na eletrônica evolucionária são os algoritmos genéticos e a programação genética. Este trabalho apresenta um estudo da aplicação dos algoritmos evolucionários inspirados na computação quântica como uma ferramenta para a síntese automática de circuitos sequenciais. Esta classe de algoritmos utiliza os princípios da computação quântica para melhorar o desempenho dos algoritmos evolucionários. Tradicionalmente, o projeto dos circuitos sequenciais é dividido em cinco etapas principais: (i) Especificação da máquina de estados; (ii) Redução de estados; (iii) Atribuição de estados; (iv) Síntese da lógica de controle e (v) Implementação da máquina de estados. O Algoritmo Evolucionário Inspirado na Computação Quântica (AEICQ) proposto neste trabalho é utilizado na etapa de atribuição de estados. A escolha de uma atribuição de estados ótima é tratada na literatura como um problema ainda sem solução. A atribuição de estados escolhida para uma determinada máquina de estados tem um impacto direto na complexidade da sua lógica de controle. Os resultados mostram que as atribuições de estados obtidas pelo AEICQ de fato conduzem à implementação de circuitos de menor complexidade quando comparados com os circuitos gerados a partir de atribuições obtidas por outros métodos. O AEICQ e utilizado também na etapa de síntese da lógica de controle das máquinas de estados. Os circuitos evoluídos pelo AEICQ são otimizados segundo a área ocupada e o atraso de propagação. Estes circuitos são compatíveis com os circuitos obtidos por outros métodos e em alguns casos até mesmo superior em termos de área e de desempenho, sugerindo que existe um potencial de aplicação desta classe de algoritmos no projeto de circuitos eletrônicos.

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Alkali vapours, such as rubidium, are being used extensively in several important fields of research such as slow and stored light nonlinear optics quantum computation, atomic clocks and magnetometers. Recently, there is a growing effort towards miniaturizing traditional centimetre-size vapour cells. Owing to the significant reduction in device dimensions, light-matter interactions are greatly enhanced, enabling new functionalities due to the low power threshold needed for nonlinear interactions. Here, taking advantage of the mature platform of silicon photonics, we construct an efficient and flexible platform for tailored light-vapour interactions on a chip. Specifically, we demonstrate light-matter interactions in an atomic cladding waveguide, consisting of a silicon nitride nano-waveguide core with a rubidium vapour cladding. We observe the efficient interaction of the electromagnetic guided mode with the rubidium cladding and show that due to the high confinement of the optical mode, the rubidium absorption saturates at powers in the nanowatt regime.

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Qubit measurement by mesoscopic charge detectors has received great interest in the community of mesoscopic transport and solid-state quantum computation, and some controversial issues still remain unresolved. In this work, we revisit the continuous weak measurement of a solid-state qubit by single electron transistors (SETs) in nonlinear-response regime. For two SET models typically used in the literature, we find that the signal-to-noise ratio can violate the universal upper bound "4," which is imposed quantum mechanically on linear-response detectors. This different result can be understood by means of the cross correlation of the detector currents by viewing the two junctions of the single SET as two detectors. Possible limitation of the potential-scattering approach to this result is also discussed.

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Decoherence properties of two Josephson charge qubits coupled via the sigma(x)sigma(x) type are investigated. Considering the special structure of this new design, the dissipative effects arising from the circuit impedance providing the fluxes for the qubits' superconducting quantum interference device loops coupled to the sigma(x) qubit variables are considered. The results show that the overall decoherence effects are significantly strong in this qubit design. It is found that the dissipative effects are stronger in the case of coupling to two uncorrelated baths than are found in the case of one common bath.

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The thermal entanglement in a two-qubit Heisenberg XXZ spin chain is investigated under an inhomogeneous magnetic field b. We show that the ground-state entanglement is independent of the interaction of z-component J(z). The thermal entanglement at the fixed temperature can be enhanced when J(z) increases. We strictly show that for any temperature T and J(z), the entanglement is symmetric with respect to zero inhomogeneous magnetic field, and the critical inhomogeneous magnetic field b(c) is independent of J(z). The critical magnetic field B-c increases with the increasing parallel to b parallel to but the maximum entanglement value that the system can arrive at becomes smaller.

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The thermal entanglement in a two-spin-qutrit system with two spins coupled by exchange interaction is investigated in terms of the measure of entanglement called 'negativity'. We strictly show that for any temperature the entanglement is symmetric with respect to zero magnetic field. The behavior of negativity is presented for four different cases. We find that the entanglement may be enhanced under a nonuniform magnetic field. Because there is not any necessary and sufficient condition for quantum separability in systems of dimension 3 circle times 3, our results are qualitative, not quantitative. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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The thermal entanglement in a two-spin-qutrit system with two spins coupled by exchange interaction under a magnetic field in an arbitrary direction is investigated. Negativity, the measurement of entanglement is calculated. We find that for any temperature the evolvement of negativity is symmetric with respect to magnetic field. The behavior of negativity is presented for four different cases. The results show that for different temperature; different magnetic field give maximum entanglement. Both the parallel and antiparallel magnetic field cases are investigated qualitatively (not quantitatively) in detail, we find that the entanglement may be enhanced under an antiparallel magnetic field.

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Time-resolved Faraday rotation spectroscopy is currently exploited as a powerful technique to probe spin dynamics in semiconductors. We propose here an all-optical approach to geometrically manipulate electron spin and to detect the geometric phase by this type of extremely sensitive experiment. The global nature of the geometric phase can make the quantum manipulation more stable, which may find interesting applications in quantum devices.

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This paper is a review of research and development on semiconductor materials, which covers main scientific activities in this field. The present status acid future prospects of studies on semiconductor materials, such as silicon crystals, GaAs related III-V compound semiconductor materials and GaAs, InP and silicon based quantum well and superlattice materials, quantum wires and quantum dots materials, microcavity and photonic crystals, materials for quantum computation and wide band gap materials, are briefly discussed.

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Endohedral fullerenes have been proposed for a number of technological uses, for example, as a nanoscale switch, memory bit and as qubits for quantum computation. For these technology applications, it is important to know the ease with which the endohedral atom can be manipulated using an applied electric field. We find that the Buckminsterfullerene (C-60) acts effectively as a small Faraday cage, with only 25% of the field penetrating the interior of the molecule. Thus influencing the atom is difficult, but as a qubit the endohedral atom should be well shielded from environmental electrical noise. We also predict how the field penetration should increase with the fullerene radius. (C) 2004 American Institute of Physics.

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Tunnel ionization of room-temperature D-2 in an ultrashort (12 femtosecond) near infrared (800 nm) pump laser pulse excites a vibrational wavepacket in the D-2(+) ions; a rotational wavepacket is also excited in residual D-2 molecules. Both wavepacket types are collapsed a variable time later by an ultrashort probe pulse. We isolate the vibrational wavepacket and quantify its evolution dynamics through theoretical comparison. Requirements for quantum computation (initial coherence and quantum state retrieval) are studied using this well-defined (small number of initial states at room temperature, initial wavepacket spatially localized) single-electron molecular prototype by temporally stretching the pump and probe pulses.

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We study the dissipative dynamics of two independent arrays of many-body systems, locally driven by a common entangled field. We showthat in the steady state the entanglement of the driving field is reproduced in an arbitrarily large series of inter-array entangled pairs over all distances. Local nonclassical driving thus realizes a scale-free entanglement replication and long-distance entanglement distribution mechanism that has immediate bearing on the implementation of quantum communication networks.