Surface code fidelity at finite temperatures

We study the dependence of the fidelity of the surface code in the presence of a single finite-temperature massless bosonic environment after a quantum error correction cycle. The three standard types of environment are considered: super-Ohmic, Ohmic, and sub-Ohmic. Our results show that, for regimes relevant to current experiments, quantum error correction works well even in the presence of environment-induced, long-range inter-qubit interactions. A threshold always exists at finite temperatures, although its temperature dependence is very sensitive to the type of environment. For the super-Ohmic case, the critical coupling constant separating high- from low-fidelity decreases with increasing temperature. For both Ohmic and super-Ohmic cases, the dependence of the critical coupling on temperature is weak. In all cases, the critical coupling is determined by microscopic parameters of the environment. For the sub-Ohmic case, it also depends strongly on the duration of the QEC cycle.Comment: 13 pages, 6 figure

Surface Code Threshold in the Presence of Correlated Errors

We study the fidelity of the surface code in the presence of correlated errors induced by the coupling of physical qubits to a bosonic environment. By mapping the time evolution of the system after one quantum error correction cycle onto a statistical spin model, we show that the existence of an error threshold is related to the appearance of an order-disorder phase transition in the statistical model in the thermodynamic limit. This allows us to relate the error threshold to bath parameters and to the spatial range of the correlated errors.Comment: 5 pages, 2 figure

Resilient Quantum Computation in Correlated Environments: A Quantum Phase Transition Perspective

We analyze the problem of a quantum computer in a correlated environment protected from decoherence by QEC using a perturbative renormalization group approach. The scaling equation obtained reflects the competition between the dimension of the computer and the scaling dimension of the correlations. For an irrelevant flow, the error probability is reduced to a stochastic form for long time and/or large number of qubits; thus, the traditional derivation of the threshold theorem holds for these error models. In this way, the ``threshold theorem'' of quantum computing is rephrased as a dimensional criterion.Comment: 4.1 pages, minor correction and an improved discussion of Eqs. (4) and (14

ESTRUTURA, FUNCIONAMENTO E GESTÃO DE RIOS TEMPORÁRIOS: PROJETO SMIRES Morais

Os rios temporários são linhas de água que apresentam interrupção do caudal superficial e por vezes secam. Estes sistemas cobrem mais de 50% da rede hidrográfica global, encontrando-se em expansão devido aos efeitos das alterações globais. Os rios temporários são ecossistemas aquáticos-terrestres muito dinâmicos, caracterizados por apresentarem uma elevada biodiversidade. Apesar da sua representatividade global, ainda existe muito que aprender sobre a sua ocorrência, hidrologia, biogeoquímica, ecologia, perceção social e valor económico. O conhecimento limitado sobre a estrutura e funcionamento destes sistemas condiciona a implementação de uma gestão efetiva, permanecendo frequentemente fora das legislações nacionais e europeias. O SMIRES (Science and Management of Intermittent Rivers and Ephemeral Streams) é uma ação COST (European Cooperation in Science and Technology), que tem como objetivo principal implementar trabalho em rede, para gerar conhecimento sintetizado sobre o funcionamento destes sistemas que promova a sua gestão eficaz. O SMIRES inclui no seu conjunto mais de 200 membros entre académicos, gestores de água, jovens investigadores e cientistas, provenientes de 31 países da Europa e para além desta. Os membros SMIRES partilham diversas experiências e competências fortalecendo-se o desenvolvimento de novas, e por vezes inesperadas, soluções interdisciplinares que contribuam para o avanço do conhecimento científico destes sistemas nas suas diferentes componentes. O SMIRES está organizado em 4 grupos de trabalho que estudam respetivamente: (I) a hidrologia; (II) os serviços de ecossistemas; (III) a biogeoquímica; (IV) a ecologia dos rios temporários. Integra ainda um fórum de jovens investigadores e um comité de atores sociais. Através destes grupos partilha-se competências com o objetivo global de sintetizar o conhecimento nacional e internacional sobre os Rios Temporários e desenvolver ferramentas e orientações para promover uma gestão eficiente. No âmbito da rede COST SMIRES, Portugal está a desenvolver um pequeno projeto em 18 massas de água, situadas em rios temporários de características mediterrânicas, que tem como objetivo principal estudar a evolução temporal das comunidades de diatomáceas, macroinvertebrados bentónicos e carabídeos, com especial ênfase na estrutura das comunidades antes, durante e após a interrupção do caudal. Pretende-se perceber mecanismos de resistência e o processo de recolonização após o período de interrupção do caudal, para propor ferramentas para a avaliação da qualidade ecológica, adaptados às particularidades funcionais destes sistemas. Neste âmbito serão apresentados os resultados preliminares no que diz respeito à caracterização das comunidades e descrição de habitats.Science and Management of Intermittent Rivers and Ephemeral Streams (SMIRES) COST Action (CA15113

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA E BIOLÓGICA DE CINCO ALBUFEIRAS DA ILHA DE SANTIAGO, CABO VERDE

A construção de barragens para criação de reservatórios estratégicos de água continua a ser a opção mais recorrente como forma de obter água onde esta é necessária. Pórem, as albufeiras geralmente situam-se em regiões onde não existem condições para a manutenção de uma boa qualidade da água. As atividades humanas geram uma produção per capita de 4 g de fósforos, de 15 g de nitrogénio e de 100 g de carbono, principais nutrientes que desencadeiam florescências de algas que alteram o funcionamento ecológico e reduzem a utilidade das albufieras. As atividades humanas geram também quantidades ilimitadas de poluentes, como metais pesados, plásticos, microfibras, etc. Como consequência, a nível global somos confrontados com sérios problemas decorrentes da degradação da água. Por outro lado, o acesso à água tornou-se num dos principais desafios atuais; mais de um bilião de pessoas não tem acesso a água potável, estimando-se que o aumento da população humana na primeira década do seculo XXI foi cerca de 100 milhões/ano. Esta situação é mais acentuada nas regiões áridas e semi-áridas, sujeitas a períodos de escassez de água mais prolongados, onde a qualidade da água diminuiu drastica e rapidamente. Este é o caso das albufeiras da Ilha de Santiago, Cabo Verde, sujeitas também a pressões antropogênicas que ameaçam não só a reserva de água, como também a segurança da população humana. É objetivo do presente trabalho, apresentar os resultados de um projeto de cooperação bilateral entre Cabo Verde e Portugal que tem como objetivo global desenvolver uma atividade multifuncional no domínio da interação água e bacia de drenagem, que contemple a observação e previsão da evolução da qualidade da água nas barragens de Cabo Verde. Apresentam-se os resultados de 5 albufeiras situadas na Ilha de Santiago, amostradas em junho de 2016, maio de 2017 (período seco) e dezembro de 2017 (em situação de seca extrema); respetivamente, as albufeiras de Saquinho, Faveta, Poilão e Figueira Gorda e Flamingos (apenas em Dezembro de 2017). Foram colhidas amostras de água, na zona eufótica para análise de fitoplâncton e à superfície e no fundo para análise laboratorial dos seguintes parâmetros: Na; K; Ca; Mg; NH4; Cl; NO3; SO4; HCO3; SiO2; P. Simultaneamente foram efetuados perfis em profundidade (sonda multiparamétrica) com registos da temperatura; Oxigénio Dissolvido; condutividade; pH; potencial de oxidação/redução e turbidez. Foi observada a existência de uma ligeira estratificação térmica, não existindo diferenças significativas entre valores de superfície e de fundo. De um modo geral observaram-se valores elevados de pH (7,4-9,36), sódio (131-43 mg/L Na), cloretos (169,4-39,6 mg/L Cl) e carbonatos (193,2121,2 mg/L CaCO3), relacionados com a geologia de origem vulcânica e com o processo de intrusão salina causada por bombeamento excessivo para irrigação. As concentrações de nitratos foram elevadas (0,1740,711 mg/L NO3-N), relacionadas com origem alóctone provenientes da bacia de drenagem. O fósforo total foi elevado na primeira campanha (0,56-5,6 mg/L P), apresentando valores mais reduzidos nas seguintes campanhas (0,068-0,86 mg/L P). Em termos de fitoplâncton verificou-se dominância das cianobactérias em 2 reservatórios na primeira campanha (Saquinho e Faveta) e nos 4 reservatórios das seguintes campanhas, com presença de florescências (mais de 10000 células/mL) de espécies potencialmente tóxicas (e.g. Aphanizomenon aphanizomenoides e Microcystis sp.). Com o objetivo de identificar as medidas necessárias para melhorar o estado das albufeiras objeto de estudo, é necessário, num primeiro passo, identificar as principais causas que contribuem para situações de eutrofização, podendo estas ser agrupadas em três categorias. Focos de pressão pontual; pressão difusa; modificações/ pressões até 50 m da linha de água. Os focos de pressão pontual relacionam-se com efluentes de Estações de Tratamento de Águas Residuais mal dimensionadas ou inadequadas com baixa eficiência e com efluentes não tratados de atividades urbanas e industriais que drenam diretamente para os reservatórios. A pressão difusa tem origem nas diferentes atividades na bacia de drenagem. Consequentemente é difícil quantificar a carga orgânica resultante que entra nas massas de água. Esta dificuldade surge agravada em Cabo Verde, onde os cursos de água são de regime temporário resultante da distribuição anual da precipitação que no período húmido sob a forma de eventos torrenciais que arrastam materiais e contaminantes ao longo da bacia e dos rios e que posteriormente se irão acumular a jusante, nos reservatórios. As modificações físicas na zona litoral, na zona de margem e as ações desencadeadas pelo ser humano com consequências diretas no seu funcionamento, nas comunidades biológicas, na qualidade da água e consequentemente no estado de eutrofia. Torna-se urgente adotar medidas de gestão e proteção destes sistemas particulares por forma a melhorar a qualidade da água e fornecer segurança para as populações humanas que dependem deles. Consequentemente é fundamental envolver as populações locais para em conjunto, em ações de governança e fóruns de participação pública se encontrem medidas de gestão adequadas

Hamiltonian Formulation of Quantum Error Correction and Correlated Noise: The Effects Of Syndrome Extraction in the Long Time Limit

We analyze the long time behavior of a quantum computer running a quantum error correction (QEC) code in the presence of a correlated environment. Starting from a Hamiltonian formulation of realistic noise models, and assuming that QEC is indeed possible, we find formal expressions for the probability of a faulty path and the residual decoherence encoded in the reduced density matrix. Systems with non-zero gate times (``long gates'') are included in our analysis by using an upper bound on the noise. In order to introduce the local error probability for a qubit, we assume that propagation of signals through the environment is slower than the QEC period (hypercube assumption). This allows an explicit calculation in the case of a generalized spin-boson model and a quantum frustration model. The key result is a dimensional criterion: If the correlations decay sufficiently fast, the system evolves toward a stochastic error model for which the threshold theorem of fault-tolerant quantum computation has been proven. On the other hand, if the correlations decay slowly, the traditional proof of this threshold theorem does not hold. This dimensional criterion bears many similarities to criteria that occur in the theory of quantum phase transitions.Comment: 19 pages, 5 figures. Includes response to arXiv:quant-ph/0702050. New title and an additional exampl

Hip Impingement of severe SCFE patients after in situ pinning causes decreased flexion and forced external rotation in flexion on 3D-CT

Introduction: In situ pinning is an accepted treatment for stable slipped capital femoral epiphysis. However, residual deformity of severe slipped capital femoral epiphysis can cause femoroacetabular impingement and forced external rotation. Purpose/questions: The aim of this study was to evaluate the (1) hip external rotation and internal rotation in flexion, (2) hip impingement location, and (3) impingement frequency in early flexion in severe slipped capital femoral epiphysis patients after in situ pinning using three-dimensional computed tomography. Patients and methods: A retrospective Institutional Review Board-approved study evaluating 22 patients (26 hips) with severe slipped capital femoral epiphysis (slip angle > 60°) using postoperative three-dimensional computed tomography after in situ pinning was performed. Mean age at slipped capital femoral epiphysis diagnosis was 13 ± 2 years (58% male, four patients bilateral, 23% unstable, 85% chronic). Patients were compared to contralateral asymptomatic hips (15 hips) with unilateral slipped capital femoral epiphysis (control group). Pelvic three-dimensional computed tomography after in situ pinning was used to generate three-dimensional models. Specific software was used to determine range of motion and impingement location (equidistant method). And 22 hips (85%) underwent subsequent surgery. Results: (1) Severe slipped capital femoral epiphysis patients had significantly (p < 0.001) decreased hip flexion (43 ± 40°) and internal rotation in 90° of flexion (−16 ± 21°, IRF-90°) compared to control group (122 ± 9° and 36 ± 11°). (2) Femoral impingement in maximal flexion was located anterior to anterior–superior (27% on 3 o’clock and 27% on 1 o’clock) of severe slipped capital femoral epiphysis patients and located anterior to anterior–inferior (38% on 3 o’clock and 35% on 4 o’clock) in IRF-90°. (3) However, 21 hips (81%) had flexion < 90° and 22 hips (85%) had < 10° of IRF-90° due to hip impingement and 21 hips (81%) had forced external rotation in 90° of flexion (< 0° of IRF-90°). Conclusion: After in situ pinning, patient-specific three-dimensional models showed restricted flexion and IRF-90° and forced external rotation in 90° of flexion due to early hip impingement and residual deformity in most of the severe slipped capital femoral epiphysis patients. This could help to plan subsequent hip preservation surgery, such as hip arthroscopy or femoral (derotation) osteotomy

Limited Hip Flexion and Internal Rotation Resulting From Early Hip Impingement Conflict on Anterior Metaphysis of Patients With Untreated Severe SCFE Using 3D Modelling.

INTRODUCTION Slipped capital femoral epiphysis (SCFE) is the most common hip disorder in adolescent patients that can result in complex 3 dimensional (3D)-deformity and hip preservation surgery (eg, in situ pinning or proximal femoral osteotomy) is often performed. But there is little information about location of impingement.Purpose/Questions: The purpose of this study was to evaluate (1) impingement-free hip flexion and internal rotation (IR), (2) frequency of impingement in early flexion (30 to 60 degrees), and (3) location of acetabular and femoral impingement in IR in 90 degrees of flexion (IRF-90 degrees) and in maximal flexion for patients with untreated severe SCFE using preoperative 3D-computed tomography (CT) for impingement simulation. METHODS A retrospective study involving 3D-CT scans of 18 patients (21 hips) with untreated severe SCFE (slip angle>60 degrees) was performed. Preoperative CT scans were used for bone segmentation of preoperative patient-specific 3D models. Three patients (15%) had bilateral SCFE. Mean age was 13±2 (10 to 16) years and 67% were male patients (86% unstable slip, 81% chronic slip). The contralateral hips of 15 patients with unilateral SCFE were evaluated (control group). Validated software was used for 3D impingement simulation (equidistant method). RESULTS (1) Impingement-free flexion (46±32 degrees) and IRF-90 degrees (-17±18 degrees) were significantly (P<0.001) decreased in untreated severe SCFE patients compared with contralateral side (122±9 and 36±11 degrees).(2) Frequency of impingement was significantly (P<0.001) higher in 30 and 60 degrees flexion (48% and 71%) of patients with severe SCFE compared with control group (0%).(3) Acetabular impingement conflict was located anterior-superior (SCFE patients), mostly 12 o'clock (50%) in IRF-90 degrees (70% on 2 o'clock for maximal flexion). Femoral impingement was located on anterior-superior to anterior-inferior femoral metaphysis (between 2 and 6 o'clock, 40% on 3 o'clock and 40% on 5 o'clock) in IRF-90 degrees and on anterior metaphysis (40% on 3 o'clock) in maximal flexion and frequency was significantly (P<0.001) different compared with control group. CONCLUSION Severe SCFE patients have limited hip flexion and IR due to early hip impingement using patient-specific preoperative 3D models. Because of the large variety of hip motion, individual evaluation is recommended to plan the osseous correction for severe SCFE patients. LEVEL OF EVIDENCE Level III

Daily Optical Coherence Tomography Examinations after First Antivascular Endothelial Growth Factor Injections: An Interventional Case Series

Purpose. To evaluate daily spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) changes in naive-treatment patients with diagnosis of exudative age-related macular degeneration (AMD) treated with intravitreous bevacizumab (1.25 mg), during a 30-day follow-up period. Methods. In prospective, interventional study, SD-OCT was performed daily for 30 days after the first intravitreal injection. The baseline, initial-decrease, minimal, and final central retinal thicknesses (CRTs) were assessed. Results. Nine eyes of nine patients with neovascular AMD were enrolled. The mean baseline CRT was 625.3±182.5 μm, and the mean final CRT was 383.4±163.0 μm (mean difference, 206.1±167.6 μm), a difference that reached significance (P=0.006). After the first injection, the initial decrease in the CRT was seen as an average of one day after injection (mean CRT, 503.6±189.10 μm; P=0.0431). The speed of the reduction in the CRT tended to decrease by day 17. The mean CRT was 336.5±105.44 μm and the mean minimal CRT on day 30 was 320.75±96.38 μm. Conclusion. The CRT decreased early after the first injection. We observed a tendency for reductions in the speed with which the CRT decreased by day 17 after the first injection, which may affect retreatment regime