Entanglement in fermion systems

We analyze the problem of quantifying entanglement in pure and mixed states of fermionic systems with fixed number parity yet not necessarily fixed particle number. The mode entanglement between one single-particle level and its orthogonal complement is first considered, and an entanglement entropy for such a partition of a particular basis of the single-particle Hilbert spaceHis defined. The sum over all single-particle modes of this entropy is introduced as a measure of the total entanglement of the system with respect to the chosen basis and it is shown that its minimum over all bases ofHis a function of the one-body density matrix. Furthermore, we show that if minimization is extended to all bases related through a Bogoliubov transformation, then the entanglement entropy is a function of the generalized one-body density matrix. These results are then used to quantify entanglement in fermion systems with four single-particle levels. For general pure states of such a system a closed expression for the fermionic concurrence is derived, which generalizes the Slater correlation measure defined in [J. Schliemann et al, Phys. Rev. A 64, 022303 (2001)], implying that particle entanglement may be seen as minimum mode entanglement . It is also shown that the entanglement entropy defined before is related to this concurrence by an expression analogous to that of the two-qubit case. For mixed states of this system the convex roof extension of the previous concurrence and entanglement entropy are evaluated analytically, extending the results of previous ref. to general states.Facultad de Ciencias Exacta

Profundización del mecanismo involucrado en los efectos de hormonas tiroideas (Hts) en el inicio de la respuesta inmune adaptativa : caracterización del transporte y metabolismo de Hts en células dendríticas

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2017La supervivencia de un organismo se basa en la capacidad de las células, tejidos y órganos para comunicarse entre sí, manteniendo un equilibrio y llevando a cabo importantes funciones biológicas. En este sentido, los sistemas neuroendócrino e inmune están en constante comunicación para mantener la homeostasis del organismo y orquestar respuestas coordinadas frente a los distintos desequilibrios y patologías. Las hormonas tiroideas (HTs) ejercen un rol sobre el inicio de la inmunidad adaptativa. El laboratorio donde se realizó esta Tesis Doctoral proporcionó la primera evidencia de la expresión de receptores de HTs (TR), principalmente la isoforma β1, en las principales células presentadoras de antígeno, las células dendríticas (DCs), derivadas de médula ósea de ratón. Se demostró que niveles fisiológicos de triiodotironina (T3) inducen la maduración de DCs y la secreción de IL-12. Además, DCs estimuladas con T3 incrementaron la capacidad aloestimulatoria de linfocitos T direccionando la respuesta hacia un perfil T helper 1 mediante la activación de una vía de señalización dependiente de Akt y NF-κB, e independiente de PI3K. También se demostró sobre el mecanismo de acción de las HTs, la capacidad de interaccionar con otras hormonas, entre otras con los glucocorticoides (GCs), en la expresión final de determinadas acciones metabólicas específicas de T3. Por otra parte, estudios más recientes y llevados a cabo en el mismo laboratorio, revelaron que T3 estimula a las DCs murinas, a diversos niveles, favoreciendo tanto su función inductora de la actividad antitumoral antígeno específica del linfocito T, incluyendo una mayor supervivencia y migración a nódulos linfáticos, como así también la capacidad aloestimulatoria de células T. Además, se informó que T3 instruye a las DCs para reforzar las respuestas citotóxicas específicas, mejorando la presentación cruzada de antígeno in vivo, el potencial que T3 tiene como potente herramienta en los tratamientos ex vivo de DCs. Dado el creciente conocimiento de la inmunobiología de las DCs y la definición de respuestas antitumorales óptimas, estas células han sido blanco de estudio de estrategias inmunoterapéuticas contra el cáncer. En consecuencia, existe un gran interés por el estudio de la biología celular de DCs para ser aplicada a dichos protocolos. Es por ello que este trabajo de Tesis abordó el estudio de los mecanismos moleculares vinculados al transporte, metabolismo y señalización intracelular de HTs en DCs. Esta Tesis se dividió en 3 partes, abordando el estudio de los fenómenos asociados al (1) Transporte y (2) Metabolismo de HTs en DCs, y (3) la profundización del mecanismo de señalización involucrado en el efecto de T3 sobre DCs. 1 - Los resultados obtenidos en esta primera parte revelan la capacidad de las DCs de transportar HTs, tanto hacia el interior como hacia el exterior celular, y evidencian la preferencia de T3 sobre tiroxina (T4) en la captación, y de T4 sobre T3 en el proceso de eflujo. Además, sugieren fuertemente que los transportadores de HTs MCT10 y/o LAT2 serían las proteínas que participarían en su transporte (captación y/o eflujo) en DCs, poniendo de manifiesto la participación e importancia de MCT10 en la captación y por lo tanto en la acción de T3 a nivel de DCs. Finalmente, hallazgos posteriores permitieron concluir que el transporte de HTs en DCs se encuentra regulado por T3. 2 - Los ensayos realizados en esta segunda parte del trabajo permitieron revelar la capacidad de metabolizar HTs que exhiben las DCs. Se pudo concluir que DCs expresan las Deiodionasas de Iodotironinas Tipo 2 (D2) y Tipo 3 (D3), y que en condiciones basales la expresión proteica y la actividad enzimática de D3 son mayores que las de D2, sugiriendo un rol preponderante de la inactivación de T3 por D3 en el control de los niveles intracelulares de HTs en DCs. Por otro lado, ensayos posteriores permitieron concluir que T3 regula a las deiodinasas de iodotironinas en DCs, aumentando la expresión y actividad de D3 y reduciendo la de D2, por lo tanto ejerciendo un control de sus propios niveles intracelulares. 3 - Finalmente, los hallazgos obtenidos en esta tercera y última parte del trabajo permitieron revelar que T4 no ejerce efectos sobre la maduración y funcionalidad de las DCs, al menos cuando estos parámetros son evaluados mediante la producción y secreción de IL-12. En adición, resultados iniciales obtenidos para indagar la participación de la vía de señalización intracelular mediada por esfingolípidos en el efecto inducido por T3 sobre las características y funcionalidad de DCs, permitieron concluir que los mismos tendrían, al menos en parte, un rol. En conjunto, los resultados obtenidos en este trabajo de Tesis Doctoral amplían el conocimiento del efecto de HTs en los eventos de inicio de respuestas inmunes adaptativas, revelando el papel central de T3 y caracterizando en profundidad los mecanismos de transporte de HTs y deiodinación de iodotironinas en estas células.Gigena, Nicolás. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.Pellizas, Claudia Gabriela. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina.Cremaschi, Graciela Alicia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones Biomédicas; Argentina.Morón, Víctor Gabriel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina.Borioli, Graciela A. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.Jahn, Graciela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Laboratorio de Medicina y Endocrinología de la Fauna Silvestre; Argentina

Entanglement in fermion systems

We analyze the problem of quantifying entanglement in pure and mixed states of fermionic systems with fixed number parity yet not necessarily fixed particle number. The mode entanglement between one single-particle level and its orthogonal complement is first considered, and an entanglement entropy for such a partition of a particular basis of the single-particle Hilbert spaceHis defined. The sum over all single-particle modes of this entropy is introduced as a measure of the total entanglement of the system with respect to the chosen basis and it is shown that its minimum over all bases ofHis a function of the one-body density matrix. Furthermore, we show that if minimization is extended to all bases related through a Bogoliubov transformation, then the entanglement entropy is a function of the generalized one-body density matrix. These results are then used to quantify entanglement in fermion systems with four single-particle levels. For general pure states of such a system a closed expression for the fermionic concurrence is derived, which generalizes the Slater correlation measure defined in [J. Schliemann et al, Phys. Rev. A 64, 022303 (2001)], implying that particle entanglement may be seen as minimum mode entanglement . It is also shown that the entanglement entropy defined before is related to this concurrence by an expression analogous to that of the two-qubit case. For mixed states of this system the convex roof extension of the previous concurrence and entanglement entropy are evaluated analytically, extending the results of previous ref. to general states.Facultad de Ciencias Exacta

Medidas entrópicas de correlaciones en sistemas cuánticos

La presente tesis doctoral trata sobre el estudio y cuantificación de correlaciones entre sistemas cuánticos, tópico que ha despertado gran interés en las últimas décadas en el campo de la Teoría Cuántica de la Información y otras áreas de la física. El trabajo se divide en dos partes: en la primera abordamos la extensión a formas entrópicas generales de la entropía condicional cuántica dependiente de la medida y estudiamos el problema de optimización asociado, cuya solución permite obtener la medida que maximiza el acceso local a correlaciones en un estado de un sistema cuántico compuesto, y determina ciertas medidas entrópicas de correlación. En la segunda parte se aborda el problema de extender, de manera consistente, medidas de entrelazamiento y cuanticidad de las correlaciones definidas para sistemas constituidos por componentes distinguibles a sistemas de fermiones indistinguibles, analizando las vinculaciones entre las diferentes formas de cuantificar el entrelazamiento en dichos sistemas.Facultad de Ciencias Exacta

Medidas entrópicas de correlaciones en sistemas cuánticos

La presente tesis doctoral trata sobre el estudio y cuantificaci´on de correlaciones entre sistemas cu´anticos, t´opico que ha despertado gran inter´es en las ´ultimas d´ecadas en el campo de la Teor´ıa Cu´antica de la Informaci´on y otras ´areas de la f´ısica. El trabajo se divide en dos partes: en la primera abordamos la extensi´on a formas entr´opicas generales de la entrop´ıa condicional cu´antica dependiente de la medida y estudiamos el problema de optimizaci´on asociado, cuya soluci´on permite obtener la medida que maximiza el acceso local a correlaciones en un estado de un sistema cu´antico compuesto, y determina ciertas medidas entr´opicas de correlaci´on. En la segunda parte se aborda el problema de extender, de manera consistente, medidas de entrelazamiento y cuanticidad de las correlaciones definidas para sistemas constituidos por componentes distinguibles a sistemas de fermiones indistinguibles, analizando las vinculaciones entre las diferentes formas de cuantificar el entrelazamiento en dichos sistemas.Fil: Gigena, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentin

One-body information loss in fermion systems

We propose an entropic measure of nonclassical correlations in general mixed states of fermion systems, based on the loss of information due to the unread measurement of the occupancy of single-particle states of a given basis. When minimized over all possible single-particle bases, the measure reduces to an entanglement entropy for pure states and vanishes only for states which are diagonal in a Slater determinant basis. The approach is also suitable for states having definite number parity yet not necessarily a fixed particle number, in which case the minimization can be extended to all bases related through a Bogoliubov transformation if quasiparticle mode measurements are also considered. General stationary conditions for determining the optimizing basis are derived. For a mixture of a general pure state with the maximally mixed state, a general analytic evaluation of the present measure and optimizing basis is provided, which shows that nonentangled mixed states may nonetheless exhibit a nonzero information loss.Fil: Gigena, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Rossignoli, Raúl Dante. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Bipartite entanglement in fermion systems

We discuss the relation between fermion entanglement and bipartite entanglement. We first show that an exact correspondence between them arises when the states are constrained to have a definite local number parity. Moreover, for arbitrary states in a four dimensional single-particle Hilbert space, the fermion entanglement is shown to measure the entanglement between two distinguishable qubits defined by a suitable partition of this space. Such entanglement can be used as a resource for tasks like quantum teleportation. On the other hand, this fermionic entanglement provides a lower bound to the entanglement of an arbitrary bipartition although in this case the local states involved will generally have different number parities. Finally the fermionic implementation of the teleportation and superdense coding protocols based on qubits with odd and even number parity is discussed, together with the role of the previous types of entanglement.Facultad de Ciencias Exacta

Entanglement in fermion systems

We analyze the problem of quantifying entanglement in pure and mixed states of fermionic systems with fixed number parity yet not necessarily fixed particle number. The mode entanglement between one single-particle level and its orthogonal complement is first considered, and an entanglement entropy for such a partition of a particular basis of the single-particle Hilbert spaceHis defined. The sum over all single-particle modes of this entropy is introduced as a measure of the total entanglement of the system with respect to the chosen basis and it is shown that its minimum over all bases ofHis a function of the one-body density matrix. Furthermore, we show that if minimization is extended to all bases related through a Bogoliubov transformation, then the entanglement entropy is a function of the generalized one-body density matrix. These results are then used to quantify entanglement in fermion systems with four single-particle levels. For general pure states of such a system a closed expression for the fermionic concurrence is derived, which generalizes the Slater correlation measure defined in [J. Schliemann et al, Phys. Rev. A 64, 022303 (2001)], implying that particle entanglement may be seen as minimum mode entanglement . It is also shown that the entanglement entropy defined before is related to this concurrence by an expression analogous to that of the two-qubit case. For mixed states of this system the convex roof extension of the previous concurrence and entanglement entropy are evaluated analytically, extending the results of previous ref. to general states.Facultad de Ciencias Exacta

Generalized conditional entropy in bipartite quantum systems

We analyze, for a general concave entropic form, the associated conditional entropy of a quantum system A+B, obtained as a result of a local measurement on one of the systems (B). This quantity is a measure of the average mixedness of A after such measurement, and its minimum over all local measurements is shown to be the associated entanglement of formation between A and a purifying third system C. In the case of the von Neumann entropy, this minimum determines also the quantum discord. For classically correlated states and mixtures of a pure state with the maximally mixed state, we show that the minimizing measurement can be determined analytically and is universal, i.e., the same for all concave forms. While these properties no longer hold for general states, we also show that in the special case of the linear entropy, an explicit expression for the associated conditional entropy can be obtained, whose minimum among projective measurements in a general qudit-qubit state can be determined analytically, in terms of the largest eigenvalue of a simple 3 × 3 correlation matrix. Such minimum determines the maximum conditional purity of A, and the associated minimizing measurement is shown to be also universal in the vicinity of maximal mixedness. Results for X states, including typical reduced states of spin pairs in XY chains at weak and strong transverse fields, are also provided and indicate that the measurements minimizing the von Neumann and linear conditional entropies are typically coincident in these states, being determined essentially by the main correlation. They can differ, however, substantially from that minimizing the geometric discord.Facultad de Ciencias Exacta

One-body entanglement as a quantum resource in fermionic systems

We show that one-body entanglement, which is a measure of the deviation of a pure fermionic state from a Slater determinant (SD) and is determined by the mixedness of the single-particle density matrix (SPDM), can be considered as a quantum resource. The associated theory has SDs and their convex hull as free states, and number conserving fermion linear optics operations (FLO), which include one-body unitary transformations and measurements of the occupancy of single-particle modes, as the basic free operations. We first provide a bipartitelike formulation of one-body entanglement, based on a Schmidt-like decomposition of a pure N-fermion state, from which the SPDM [together with the (N-1)-body density matrix] can be derived. It is then proved that under FLO operations the initial and postmeasurement SPDMs always satisfy a majorization relation, which ensures that these operations cannot increase, on average, the one-body entanglement. It is finally shown that this resource is consistent with a model of fermionic quantum computation which requires correlations beyond antisymmetrization. More general free measurements and the relation with mode entanglement are also discussed.Fil: Gigena, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Di Tullio, Marco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Rossignoli, Raúl Dante. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; Argentin