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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.76.2008.tde-01042008-145626
Document
Author
Full name
Carlos Alexandre Brasil
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Bonagamba, Tito Jose (President)
Freitas, Jair Carlos Checon de
Napolitano, Reginaldo de Jesus
Title in Portuguese
Tomografia de estados quânticos em sistemas de 3 q-bits: uma ferramenta da ressonância magnética nuclear para aplicações em computação quântica
Keywords in Portuguese
Computação quântica
Pulsos fortemente modulados
Pulsos não seletivos
Ressonância magnética nuclear
Tomografia de estados quânticos
Abstract in Portuguese
Este trabalho consiste na análise de um método de reconstrução/tomografia de estado quântico em ressonância magnética nuclear utilizando pulsos de radiofreqüência não-seletivos, que possuem a propriedade de promover rotações globais do sistema de spins 7/2. Tal método foi aplicado para reconstruir estados relacionados à computação quântica. As operações lógicas e os estados iniciais envolvidos nas operações quânticas foram construídos através de pulsos modulados optimizados numericamente; o processo de optimização, em particular, não foi tratado nesse trabalho. Foram elaborados programas que simulam: a construção dos estados e portas lógicas utilizando os parâmetros dos pulsos modulados; a aplicação dos pulsos de tomografia e a geração dos dados necessários à reconstrução (amplitudes espectrais); construção de estados utilizando pulsos simples para testes das circunstâncias experimentais; o efeitos de possíveis problemas relacionados à amostra ou ao equipamento. Finalmente, foi elaborado um programa para reconstrução do estado a partir da leitura das amplitudes espectrais, que podem ser obtidas a partir dos programas relacionados no segundo item, ou experimentalmente. As implementações experimentais foram realizadas medindo sinais de RMN de núcleos de 133Cs, localizados em um cristal líquido, que, por possuírem spin 7/2, devido às interações Zeeman e quadrupolar elétrica, apresentam sete linhas espectrais distintas para transições entre níveis energéticos adjacentes; logo, é possível tratar esses núcleos como sistemas de 3 q-bits. Foram construídos estados pseudo-puros e aplicada uma das portas Toffoli. Além disso, uma discussão do algoritmo quântico de busca de Grover no contexto da Ressonância Magnética Nuclear é apresentada para uma futura implementação.
Title in English
Quantum state tomography in 3 q-bits systems: a tool of nuclear magnetic resonance for applications on quantum computing
Keywords in English
Nonselective pulses
Nuclear magnetic resonance
Quantum computation
Quantum state tomography
Strongly modulated pulses
Abstract in English
This work describes a quantum state tomography method in nuclear magnetic resonance using nonselective radiofrequency pulses that cause global rotations of spin 7/2 systems. This method was applied to tomograph states related to quantum computation. Numerically optimized modulated pulses allowed building the initial states and the logical operations involved in the quantum operations; particularly, the optimization process was not treated in this work. Several programs were constructed that simulate: o the construction of the quantum states and the logical operations by means of the modulated pulses parameters; o the application of the tomography pulses and the generation of the necessary data for tomography (spectral amplitudes); o the construction of the states using simple pulses for experimental condition tests; o the effects of possible problems related to the samples or equipments. Finally, a quantum state tomography program was elaborated to read the spectral amplitudes, which can be obtained from the programs related to the second item, or experimentally. The experimental implementations were performed measuring the NMR signals from spin 7/2 133Cs nuclei located in a liquid crystal under Zeeman and quadrupolar electric interactions. The NMR spectrum of these nuclei, under these interactions and located in an oriented sample, present 7 spectral lines for transitions between adjacent energetic levels; with this, it is possible to treat it like a 3 q-bits system. Pseudo-pure states were constructed and one Toffoli gate was applied. Furthermore, a discussion about the Grover's quantum search algorithm in the nuclear magnetic resonance context was presented for future implementation.
 
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Publishing Date
2008-04-02
 
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  • ARAUJO-FERREIRA, A. G., et al. Quantum state tomography and quantum logical operations in a three qubits NMR quadrupolar system [doi:10.1142/S0219749912500165]. International Journal of Quantum Information [online], 2012, vol. 10, n. 2, p. 1-20.
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