Superficialmente

Segue uma lista com artigos que selecionei:

• 14 de fevereiro, PRL: "Manipulating Biphotonic Qutrits," por B. P. Lanyon, T. J. Weinhold, N. K. Langford, J. L. O'Brien, K. J. Resch, A. Gilchrist e A. G. White (também
  arXiv:0707.2880v2 [quant-ph]);
• 14 de fevereiro, PRA: "Decoherence induced by a dynamic spin environment: The universal regime," por Cecilia Cormick e Juan Pablo Paz (também
  arXiv:0709.2622v1 [quant-ph] e arXiv:0709.2643v1 [quant-ph]);
• 14 de fevereiro, PRA: "Interference versus success probability in quantum algorithms with imperfections," por Daniel Braun e Bertrand Georgeot (também arXiv:0711.1513v1 [quant-ph]);
• 14 de fevereiro, PRA: "Non-Markovian disentanglement dynamics of a two-qubit system," por Xiufeng Cao e Hang Zheng (também arXiv:0709.3229v1 [cond-mat.mes-hall]);
• 13 de fevereiro, PRL: "Quantum Processing Photonic States in Optical Lattices," por Christine A. Muschik, Inés de Vega, Diego Porras e J. Ignacio Cirac (também arXiv:quant-ph/0611093v4);
• 12 de fevereiro, PRA: "Quantum computing with a single molecular ensemble and a Cooper-pair box," por Karl Tordrup e Klaus Mølmer (também arXiv:0711.0606v2 [quant-ph]);
• 12 de fevereiro, PRL: "How Good Must Single Photon Sources and Detectors Be for Efficient Linear Optical Quantum Computation?" por Michael Varnava, Daniel E. Browne e Terry Rudolph (também arXiv:quant-ph/0702044v2);
• 12 de fevereiro, PRL: " Thermally Assisted Adiabatic Quantum Computation," por M. H. S. Amin, Peter J. Love e C. J. S. Truncik (também arXiv:cond-mat/0609332v3 [cond-mat.mes-hall]);
• 28 de janeiro, PRA: "No-signaling bound on quantum state discrimination," por Sarah Croke, Erika Andersson e Stephen M. Barnett (também arXiv:0708.3909v1 [quant-ph]);
• 30 de janeiro, PRL: "Electrical Control of Spin Relaxation in a Quantum Dot," por S. Amasha, K. MacLean, Iuliana P. Radu, D. M. Zumbühl, M. A. Kastner, M. P. Hanson e A. C. Gossard (também arXiv:0707.1656v1 [cond-mat.mes-hall]);
• 31 de janeiro, PRA: "Sudden death of entanglement at finite temperature," por Asma Al-Qasimi e Daniel F. V. James (também arXiv:0707.2611v1 [quant-ph]);
• 1 de fevereiro, PRL: "Optical Control in Coupled Two-Electron Quantum Dots," por L. Sælen, R. Nepstad, I. Degani e J. P. Hansen;
• 4 de fevereiro, PRL: "Only n-Qubit Greenberger-Horne-Zeilinger States Are Undetermined by Their Reduced Density Matrices," por Scott N. Walck e David W. Lyons (também arXiv:0707.4428v2 [quant-ph]);
• 5 de fevereiro, PRL: "Quantum Discord and the Power of One Qubit," por Animesh Datta, Anil Shaji e Carlton M. Caves (também arXiv:0709.0548v1 [quant-ph]).

São todos artigos interessantes, escolhidos entre muitos outros também interessantes. No entanto, creio que o número ainda esteja muito grande para uma semana apenas. Talvez seja interessante que eu me torne ainda mais seletivo, para poder escolher não mais do que, digamos, dois ou três artigos por semana. Se houver apenas um número reduzido e comentado de artigos, talvez mais pessoas se sintam motivadas a lê-los.

Depois do Carnaval...

Em 3 de fevereiro, foi publicado na Nature Physics: "Quantum mechanical complementarity probed in a closed-loop Aharonov–Bohm interferometer," por Dong-In Chang, Gyong Luck Khym, Kicheon Kang, Yunchul Chung, Hu-Jong Lee, Minky Seo, Moty Heiblum, Diana Mahalu e Vladimir Umansky. Este experimento envolve física de gás de elétrons em duas dimensões e pontos quânticos.
Em 24 de janeiro, foi publicado na PRA: "Soft-pulse dynamical decoupling in a cavity," por Leonid P. Pryadko e Gregory Quiroz (também disponível como arXiv:0708.4267 [quant-ph]). Estes autores consideram a obtenção de pulsos optimizados para desacoplamento dinâmico e aplicam o resultado para uma cavidade.
Em 25 de janeiro, foi publicado na PRA: "Effect of the Dzyaloshinski-Moriya term in the quantum (SWAP)^a gate produced with exchange coupling," por Roberto J. Guerrero e F. Rojas. Neste artigo há vários resultados relevantes para a manipulação da interação de troca, que pode realizar a operação lógica quântica correspondente a uma potência da porta SWAP.

A estrutura da informação preservada em processos quânticos

Em 22 de janeiro, na PRL, apareceu publicado o artigo: "Characterizing the Structure of Preserved Information in Quantum Processes," por Robin Blume-Kohout, Hui Khoon Ng, David Poulin e Lorenza Viola (também disponível como arXiv:0705.4282 [quant-ph]). Este artigo trata de algo extremamente importante: dado um processo quântico, o que dizer da informação que se preserva durante este processo?


Este trabalho começa com uma introdução cheia de referências cruciais sobre vários resultados ao longo da procura por estruturas que preservam informação durante processos quânticos. Um processo quântico pode ser, por exemplo, uma operação lógica quântica, ou mesmo a evolução temporal de um registrador quântico exposto ao ambiente com suas perturbações inevitáveis.


A primeira entidade a ser suposta é o espaço de Hilbert de dimensão finita. Então, o estado de um sistema físico neste espaço é representado pela matriz densidade, que é não negativa e de traço unitário. Uma sutileza aqui é que a matriz densidade é também limitada e, portanto, é um operador de Hilbert-Schmidt. Assim, uma matriz densidade representa um vetor do espaço de Hilbert-Schmidt associado ao espaço de Hilbert que supusemos acima. A evolução temporal do sistema, segundo um determinado processo quântico, é representada por um operador que leva matrizes densidade em matrizes densidade. A evolução é linear, preserva o traço e é completamente positiva.
Como é que codificamos informação? Primeiro devemos considerar um conjunto convexo de estados. Este conjunto é o que denominamos um código. De dentro do código, escolhemos um estado, ou seja, uma matriz densidade. Pronto: temos informação codificada, isto é, um estado pertencente a um código.
A mesma evolução temporal para dois estados iniciais distintos do mesmo código pode ou não levar a estados finais distintos. De uma maneira bastante ingênua, eu entendo que se a evolução leva alguns estados do código a um mesmo estado final, então, o código todo, quando evoluído, fica menor do que o código inicial. Assim, se a evolução não preservar a distinção entre os estados, também não preservará a informação armazenada no código. Em virtude disto, os autores propõem um critério para a preservação de informação por um processo quântico: o processo preserva informação se a distinção inicial entre quaisquer dois elementos do código for preservada depois do processo. A distinção é dada essencialmente pela distância entre estados definida em termos do traço, isto é, o módulo do traço da diferença entre duas matrizes densidade é a distância entre elas. Isto quer dizer que o código é isométrico ao conjunto formado pelas evoluções dos elementos do código.
Com esta definição de preservação de informação, os autores definem também o que é um código sem ruído, unitariamente sem ruído e corrigível para um dado processo quântico. Depois, relacionam esta preservação com pontos fixos do processo quântico. É um texto muito denso, com conceitos matemáticos da teoria de informação quântica que eu gostaria muito de aprender.

Agora também monitoro Reviews of Modern Physics

Fico feliz por anunciar que a partir de agora passo a monitorar também os artigos da Reviews of Modern Physics (RMP). Não há nada novo hoje, no entanto.

Em 23 de janeiro, na PRA, saiu o artigo: "Three-qubit phase gate based on cavity quantum electrodynamics," por Jun-Tao Chang e M. Suhail Zubairy. Dando uma olhada neste artigo, achei que parece ser de interesse para quem estuda óptica quântica.

Também em 23 de janeiro, na PRA, apareceu: "Controlled-NOT gate for multiparticle qubits and topological quantum computation based on parity measurements," por Oded Zilberberg, Bernd Braunecker e Daniel Loss (também disponível como arXiv:0708.1062 [cond-mat.mes-hall]). Este artigo é interessante porque é um desenvolvimento de um procedimento anterior, em que as interações entre qubits são substituídas por medidas.

Em 23 de janeiro também apareceu o artigo na PRFocus: "Landmarks: What Makes the Stars Shine?," por Jason Socrates Bardi. É uma interessante história da descoberta da reação nuclear de fusão entre prótons, que deu o Nobel a Hans Albrecht Bethe em 1967, embora Carl Friedrich von Weizsäcker também tivesse obtido resultados similares na Alemanha na mesma época. Vale a pena ler para aumentar nossa cultura científica.

Em 24 de janeiro, na PRL, foi publicado o artigo: "Single-Qubit Lasing and Cooling at the Rabi Frequency," por Julian Hauss, Arkady Fedorov, Carsten Hutter, Alexander Shnirman e Gerd Schön (também disponível como arXiv:cond-mat/0701041 [cond-mat.mes-hall]). Um fato a ser observado aqui é que o arXiv tem mais detalhes do que a PRL. Este trabalho se refere a um experimento anterior e mostra que um qubit supercondutor, quando induzido a realizar oscilações de Rabi por campos externos, pode, inclusive, se tornar um laser de único átomo. Parece bastante interessante para os devotos da óptica quântica.
Eu não poderia deixar de mencionar o artigo que apareceu na PRA em 25 de janeiro: "Three-dimensional theory for light-matter interaction," por Martin W. Sørensen e Anders S. Sørensen (também disponível como arXiv:0711.0263 [quant-ph]). São dezenas de páginas de teoria básica, com diagramas de Feynman e tudo. O valor didático deste artigo creio ser inestimável.
Em 25 de janeiro, também na PRA, foi publicado o artigo: "Entanglement of a Laguerre-Gaussian cavity mode with a rotating mirror," por M. Bhattacharya, P.-L. Giscard e P. Meystre (também disponível como arXiv:0710.0687 [quant-ph]). Crendo que este trabalho deve interessar a várias pessoas da UFSCar e do IFSC, decidi mencioná-lo.
Como já observei antes, a pesquisa de medições fracas está em voga ultimamente e eis que surgiu mais um trabalho sobre isto na PRA, em 25 de janeiro: "Weak measurement and control of entanglement generation," por Charles Hill e Jason Ralph (também disponível como
arXiv:0709.4217 [quant-ph]).
Como sempre, a teoria de correção de erros apareceu de novo na PRL, em 25 de janeiro: "Fault-Tolerant Linear Optical Quantum Computing with Small-Amplitude Coherent States," por A. P. Lund, T. C. Ralph e H. L. Haselgrove (também disponível como arXiv:0707.0327 [quant-ph]).
Por hoje é só.

Teletransporte experimental: qubit fotônico para qubit atômico

Na PRA, em 17 de janeiro, apareceu o artigo: "Structured near-optimal channel-adapted quantum error correction," por Andrew S. Fletcher, Peter W. Shor e Moe Z. Win (também disponível como arXiv:0708.3658). Este artigo trata de um desenvolvimento avançado da teoria de correção de erros, agora tentando diminuir o "overhead" devido ao sempre crescente número de qubits auxiliares para códigos longos. Minha sugestão para quem quer se aventurar por esta área é ler lentamente este artigo e, conforme forem aparecendo referências, lê-las também. Nós aqui no IFSC, embora apreciemos os esforços na área de correção de erros, estamos mais envolvidos com a prevenção de erros que o desacoplamento dinâmico proporciona.

Eis outro artigo que apareceu na PRA em 17 de janeiro: "Influence of the thermal environment on entanglement dynamics in small rings of qubits," por Nikola Burić. Este artigo usa difusão de estado quântico para estudar a dinâmica do emaranhamento em anéis de spins sob o efeito de um ambiente térmico. O autor adota, portanto, uma aproximação markoviana para descrever a interação entre os qubits e o ambiente. Como não é segredo de ninguém, estivemos envolvidos também com aplicações do método de difusão de estado quântico aqui no IFSC. Há um livro que utilizamos e que pode ser útil para quem quer uma introdução à arte: "Quantum State Diffusion," por Ian Percival. Se obter o livro for difícil, há uma boa descrição resumida em arXiv:quant-ph/9701024 [quant-ph], por Nicolas Gisin e Ian C Percival.

Em 18 de janeiro apareceu, na PRA, uma esta "Rapid Communication": "Correctable noise of quantum-error-correcting codes under adaptive concatenation," por Jesse Fern (também disponível como arXiv:quant-ph/0703258). Este artigo também é bastante avançado e trata de códigos de correção de erros.

Finalmente, em 20 de janeiro, apareceu este belo experimento na Nature Physics: "Memory-built-in quantum teleportation with photonic and atomic qubits," por Yu-Ao Chen, Shuai Chen, Zhen-Sheng Yuan, Bo Zhao, Chih-Sung Chuu, Jörg Schmiedmayer e Jian-Wei Pan (também disponível como arXiv:0705.1256). Neste artigo os autores descrevem como conseguiram teletransportar um qubit fotônico arbitrário a um qubit atômico, que permanece disponível por 8 microssegundos. Utilizam dois MOT's e dois feixes laser que os atravessam. Os átomos são Rb 87 que possuem três níveis em uma disposição lambda. Um dos dois níveis fundamentais fica acima do outro e a idéia é produzir fótons anti-stokes no início. Com isto, há um emaranhamento inicial entre o estado de polarização de um fóton e o estado dos dois MOT's. Este fóton inicial é combinado com o fóton que carrega o qubit a ser teletransportado, codificado em termos de seu estado de polarização. As combinações envolvidas neste trabalho são obtidas com divisores de feixe, polarizados ou não. Com medições que colapsam os fótons em um estado de Bell, o teletransporte é produzido e o estado fotônico a ser teletransportado acaba por ficar armazenado no qubit atômico dos dois MOT's. É muito engenhoso, principalmente o fato de que o qubit atômico fica armazenado em apenas um dos átomos de um dos dois MOT's, mas de forma indeterminada e, portanto, formando uma superposição de estados.
Outro experimento relevante para implementações em estado sólido apareceu na Nature de 24 de janeiro: "Optical pumping of a single hole spin in a quantum dot," por Brian D. Gerardot, Daniel Brunner, Paul A. Dalgarno, Patrik Vhberg, Stefan Seidl, Martin Kroner, Khaled Karrai, Nick G. Stoltz, Pierre M. Petroff e Richard J. Warburton. O spin eletrônico em um quantum dot sofre descoerência principalmente por causa da interação com os muitos spins nucleares à sua volta. Já um buraco, que também possui spin, interage pouco com os núcleos ao redor, resultando em um qubit muito mais coerente do que um elétron.

Quatro artigos da Physical Review e um artigo da Nature

Um artigo curioso apareceu em 15 de janeiro na PRA: "Tensor-product versus geometric-product coding," por Diederik Aerts e Marek Czachor (também disponível como arXiv:0709.1268). Este é um artigo muito estimulante para quem tem propensão geométrica. Os autores formulam uma teoria de computação baseada em álgebra geométrica e mostram que, do ponto de vista da álgebra geométrica, computação quântica é uma particularização de um método mais geral de computação.
Em 16 de janeiro apareceu, na PRL, o artigo: "Robust Quantum Error Correction via Convex Optimization," por Robert L. Kosut, Alireza Shabani e Daniel A. Lidar (também disponível como arXiv:quant-ph/0703274). Este artigo é extremamente específico, pois é um aperfeiçoamento da teoria de correção de erros, que já está bem avançada.
Também em 16 de janeiro, na PRL, foi publicado o artigo: "Weak Values and the Leggett-Garg Inequality in Solid-State Qubits," por Nathan S. Williams e Andrew N. Jordan (também disponível como arXiv:0707.3427). Este conceito de valores fracos se estabelece sobre o de medições fracas. A idéia é que os valores fracos são médias de resultados de medições fracas.
Finalmente, há também um artigo que saiu na PRA em 15 de janeiro: "Entanglement of multiparty-stabilizer, symmetric, and antisymmetric states," por Masahito Hayashi, Damian Markham, Mio Murao, Masaki Owari e Shashank Virmani (também disponível como arXiv:0710.1056). Este artigo também é bem matemático e versa sobre algumas medidas de emaranhamento para mais do que duas partes.
Para quem tem interesse, saiu na Nature o artigo: "Direct measurement of critical Casimir forces," por C. Hertlein, L. Helden, A. Gambassi, S. Dietrich e C. Bechinger (leia também "Physics: The force of fluctuations," por Sébastien Balibar).
Estes artigos terminam os que eu havia selecionado durante a virada do ano. Prometo ser mais seletivo nas próximas postagens.

2008 IV

Em 8 de janeiro foi publicado na PRA o artigo: "Decoherence of encoded quantum registers," por Stefan Borghoff e Rochus Klesse (também disponível como arXiv:0708.3775). Este artigo é interessante porque trata de aspectos que temos abordado no IFSC no passado e que talvez voltemos a abordar neste ano. Os autores consideram uma cadeia de spins acoplados a um reservatório bosônico. Nós também temos utilizado muito o modelo spin-bóson em nossos estudos no IFSC, mas ainda não abordamos cadeias de spins. Os registros quânticos são feitos nos spins da cadeia ou são codificados de modo que mais do que um spin é usado para codificar um qubit. O assunto de codificação de qubits já abordamos há alguns anos, mas utilizamos apenas quatro spins. Os autores estudam como usar espaços livres de descoerência para proteger o registrador quântico codificado. Abordam o caso de acoplamento bosônico sem dissipação no caso da cadeia, mas consideram uma abordagem em termos de equação mestra de Redfield para dois spins; mais um detalhe muito familiar para nós no IFSC.
Outro artigo muito interessante apareceu em 9 de janeiro na PRL: "Synchronization and Bistability of a Qubit Coupled to a Driven Dissipative Oscillator," por O. V. Zhirov e D. L. Shepelyansky (também disponível como arXiv:0710.1967). Os autores consideram um oscilador dissipativo que é bombeado por um campo clássico externo, mas que está acoplado a um spin 1/2. Estudam numericamente a dinâmica deste spin e consideram inclusive o espectro de radiação emitida pelo spin. É interessante que, acima de um certo valor da constante de acoplamento, há uma sincronização entre as rotações do spin e as oscilações do oscilador.
Outros artigos de interesse seguem:
-PRA, em 9 de janeiro: "Loss-tolerant operations in parity-code linear optics quantum computing," por A. J. F. Hayes, A. Gilchrist e T. C. Ralph (também disponível como arXiv:0707.0903);
-PRA, em 9 de janeiro: "Entanglement measures and approximate quantum error correction," por Francesco Buscemi (também disponível como arXiv:0706.1815);
-PRA, em 9 de janeiro: "Quantum generalized Reed-Solomon codes: Unified framework for quantum maximum-distance-separable codes," por Zhuo Li, Li-Juan Xing e Xin-Mei Wang;
-PRA, em 11 de janeiro: "Effects of self-phase-modulation on weak nonlinear optical quantum gates," por Pieter Kok (também disponível como arXiv:0710.1810);
-PRA, em 14 de janeiro: "Optimal state in the Knill-Laflamme-Milburn scheme of linear optical teleportation," por Andrzej Grudka e Joanna Modawska (também disponível como arXiv:0707.0759);
-PRA, em 14 de janeiro: "Accuracy matrix in a generalized simultaneous measurement of a qubit system," por Takahiro Sagawa e Masahito Ueda (também disponível como arXiv:0707.3872).