Fidelity-based distance bounds for NN-qubit approximate quantum error correction

The Eastin-Knill theorem is a central result of quantum error correction theory and states that a quantum code cannot correct errors exactly, possess continuous symmetries, and implement a universal set of gates transversely. As a way to circumvent this result, there are several approaches in which one gives up on either exact error correction or continuous symmetries. In this context, it is common to employ a complementary measure of fidelity as a way to quantify quantum state distinguishability and benchmark approximations in error correction. Despite having useful properties, evaluating fidelity measures stands as a challenging task for quantum states with a large number of entangled qubits. With that in mind, we address two distance measures based on the sub- and superfidelities as a way to bound error approximations, which in turn require a lower computational cost. We model the lack of exact error correction to be equivalent to the action of a single dephasing channel, evaluate the proposed fidelity-based distances both analytically and numerically, and obtain a closed-form expression for a general $N$-qubit quantum state. We illustrate our bounds with two paradigmatic examples, an $N$-qubit mixed GHZ state and an $N$-qubit mixed $W$ state.Comment: 12 pages, 6 figures. Close to published versio

Experimental assessment of geometric quantum speed limits in an open quantum system

The quantum speed limit sets a lower bound on the evolution time for quantum systems undergoing general physical processes. Here, using an ensemble of chloroform molecules, we study the speed of evolution of a qubit subject to decoherence. In this solution, the carbon nuclear spin encodes the two-level system, while the hydrogen spin plays the role of an environment for the latter. By adding a paramagnetic salt, we control the system-reservoir interaction as the hydrogen spin relaxation rates change, and we probe the speed of qubit evolution. We address geometric QSLs based on two distinguishability measures of quantum states, quantum Fisher information (QFI) and Wigner-Yanase skew information (WY) metrics. For high concentrations of the salt, the system undergoes a Markovian dynamics, and the tighter QSL is set by the WY metric. For low concentrations, we observe crossovers between QSLs related to the QFI and WY metrics, while the system exhibits non-Markovian dynamics. The QSLs are sensitive to even small fluctuations in spin magnetization, from low to high concentrations. Our results find applications in quantum computing and optimal control

Diagnóstico e manejo de crises de comprometimento respiratório infantil em serviços de medicina de emergência: Diagnosis and management of childhood respiratory compromise crisis in emergency medical service

INTRODUÇÃO: A insuficiência respiratória aguda é definida como uma disfunção fisiológica com morbidade e mortalidade altas quando o manejo emergencial não é realizado. É a principal consequência do agravamento agudo e imediato da capacidade respiratória e circulatória de diversas comorbidades. Um aspecto crucial para a diminuição da mortalidade infantil é o reconhecimento imediato da emergência pediátrica de etiologia respiratória. OBJETIVO: averiguar e apresentar como é realizado o diagnóstico e o manejo terapêutico de emergências pediátricas de etiologia respiratória METODOLOGIA: Trata-se de uma revisão integrativa de literatura, no período compreendido entre maio e junho de 2022, realizada através de dados fornecidos por meio de uma ampla pesquisa bibliográfica de artigos nas bases de dados Biblioteca Virtual em Saúde, Sistema Online de Busca e Análise de Literatura Médica e Literatura Latino-Americana e do Caribe em Ciências da Saúde com os Descritores em Ciências da Saúde: “Emergências”, “Insuficiência Respiratória” e “Criança”, combinados por meio do operador booleano “AND”. DISCUSSÃO: Por definição, a insuficiência respiratória aguda é a inaptidão do sistema respiratório adquirir oxigênio para prover as demandas teciduais e expelir dióxido de carbono (CO2) originário do diometabolismo das células. Apresenta-se por hipoxemia, hipo/normo/hipercapnia e alterações do equilíbrio ácido-base. Hipoxemia é o contexto em que a pressão parcial de oxigênio em sangue arterial (PaO2) < 50mmHg em recém-nascidos e <60mmHg em crianças, sendo que a hipercapnia é definida quando a PaCO2 > 45mmHg, independentemente da idade. RESULTADOS: A conduta sistematizada de pacientes pediátricos severamente enfermos é a forma mais veloz e eficiente de condução desses casos.  Na atualidade, esta sistemática é realizada através da padronização em todos os programas de treinamento de suporte de vida.  Em lactentes e crianças, a maior parcela das paradas cardíacas resulta de insuficiência respiratória e/ou choque. O objetivo da abordagem estandardizada é possibilitar a rápida identificação das circunstâncias emergenciais, especialmente dos indicativos de desconforto respiratório, e insuficiência respiratória, para interceder imediatamente e evitar que tais situações progridam para insuficiência cardiopulmonar e posterior parada cardíaca. CONCLUSÃO: Pacientes atendidos no pronto socorro pediátrico podem demandar técnicas avançadas para garantir as vias aéreas pérvias, abrangendo indução inalatória e intubação por meio de broncoscópio ou fibra óptica. Sendo assim, a equipe médica deve estar treinada e apta para manejar emergências pediátricas por causas respiratórias, além de o serviço de saúde conceder suprimento de equipamentos e insumos para esse tipo de atendimento. Devido a possibilidade de eventos pediátricos por má respiração se agravarem para parada respiratória ou cardíaca, a intervenção farmacológica e não farmacológica deve ser prontamente instituída

Reducing the environmental impact of surgery on a global scale: systematic review and co-prioritization with healthcare workers in 132 countries

Abstract Background Healthcare cannot achieve net-zero carbon without addressing operating theatres. The aim of this study was to prioritize feasible interventions to reduce the environmental impact of operating theatres. Methods This study adopted a four-phase Delphi consensus co-prioritization methodology. In phase 1, a systematic review of published interventions and global consultation of perioperative healthcare professionals were used to longlist interventions. In phase 2, iterative thematic analysis consolidated comparable interventions into a shortlist. In phase 3, the shortlist was co-prioritized based on patient and clinician views on acceptability, feasibility, and safety. In phase 4, ranked lists of interventions were presented by their relevance to high-income countries and low–middle-income countries. Results In phase 1, 43 interventions were identified, which had low uptake in practice according to 3042 professionals globally. In phase 2, a shortlist of 15 intervention domains was generated. In phase 3, interventions were deemed acceptable for more than 90 per cent of patients except for reducing general anaesthesia (84 per cent) and re-sterilization of ‘single-use’ consumables (86 per cent). In phase 4, the top three shortlisted interventions for high-income countries were: introducing recycling; reducing use of anaesthetic gases; and appropriate clinical waste processing. In phase 4, the top three shortlisted interventions for low–middle-income countries were: introducing reusable surgical devices; reducing use of consumables; and reducing the use of general anaesthesia. Conclusion This is a step toward environmentally sustainable operating environments with actionable interventions applicable to both high– and low–middle–income countries

Quantum information geometry: a general framework to approach time evolution

As últimas décadas testemunharam intensa atividade de pesquisa teórica e experimental visando compreender o conceito do tempo na mecânica quântica. Este tema desencadeou significante progresso na busca por dispositivos mais rápidos e eficientes no processamento de informação e implementação de tecnologias de comunicação. Motivados pela pergunta quão rápido um sistema quântico evolui sob uma dada dinâmica?, tais avanços levaram a formulação do chamado limite quântico de velocidade ou quantum speed limit, (QSL), i.e., um limite inferior definindo o tempo mínimo de evolução entre estados quânticos distintos. Diversos resultados reportaram QSLs obtidos via tratamentos diferentes e aparentemente desconexos, muitas vezes sob configurações específicas, que deixaram uma lacuna fundamental à resposta da questão geral colocada anteriormente. Neste projeto investigamos como a não-unicidade de uma medida de distinguibilidade de operadores densidade definida no espaço de estados quânticos influencia o QSL e pode ser explorada no intuito de obter limites inferiores mais robustos no tempo de evolução de estados arbitrários. Em particular, baseando-nos no formalismo da geometria da informação, estabelecemos uma família infinita de QSLs válidos para evoluções unitárias e não-unitárias. Este trabalho se propõe unificar e generalizar resultados existentes sobre QSLs na literatura, além de fornecer exemplos de limites mais precisos do que aqueles baseados na informação de Fisher convencional. Em termos físicos, esta investigação é a primeira a destacar o papel das populações e coerências quânticas no cálculo e saturação dos QSLs. Nossos resultados podem encontrar aplicações na otimização de protocolos em computação quântica e metrologia, além de fornecer novos pontos de vista em investigações fundamentais da termodinâmica quântica.The last decades witnessed intense theoretical and experimental research activity in order to understand the concept of time in quantum mechanics. This subject triggered significant progress in the search for faster and efficient schemes in the implementation of quantum information and communication technologies. Starting from the puzzle How fast can a quantum state evolve under a given dynamics?, such advances have led to the establishment of quantum speed limits (QSLs), i.e., a lower bound setting the minimum time evolution between two distinct quantum states. Past results have included different, apparently unrelated approaches to quantum speed limits, and sometimes tailored to specific settings, which therefore left a fundamental gap in obtaining a satisfactory answer to the general question posed above. In this work we provide a breakthrough for the study and applications of quantum speed limits. We approach the problem from a general information theoretic point of view and we adopt an elegant geometric formalism to construct an infinite family of quantum speed limits valid for closed and open system evolutions. Our description is based on the geometrization of the quantum state space by introducing an information metric which defines a non-unique measure of distinguishability on the state space. We show in particular how our approach incorporates and unifies the previous specialized results, interpreting them under a new comprehensive framework, and allowing us to reach significantly beyond. From the physical point of view, our investigation is the first to highlight the role of populations versus quantum coherences in the determination and saturation of the speed limits. Our results can find applications in the optimization of quantum protocols in quantum computation and metrology, and might provide new insights in fundamental investigations of quantum thermodynamics

Kane model for the electronic structure of wurtzites

A interação spin-órbita tem desempenhado um papel crucial no desenvolvimento de dispositivos semicondutores de baixa dimensionalidade. Em resultados recentes abordando o modelo de Kane para sistemas cúbicos, particularmente redes zincblende, hamiltonianos efetivos são calculados por meio da técnica algébrica conhecida como folding down seguida de um processo de linearização até segunda ordem no inverso do gap de energia com a devida correção na normalização do espinor da banda de condução [PRL 99, 076603 (2007); PRB 78, 155313 (2008)]. Motivados por estes estudos, este trabalho se concentra no estudo algébrico da estrutura eletrônica de semicondutores de rede wurtzita. Usando as simetrias da rede hexagonal, o modelo de Kane 8 × 8 é formulado levando em conta todos os acoplamentos mediados pelos operadores momentum linear e angular de spin. Mostramos que a base de oito estados vinda da diagonalização exata da matriz associada à interação spin-órbita fornece um tratamento unificado entre os sistemas hexagonal e cúbico, o que pode ser muito útil no estudo de politipismos. Através de um modelo efetivo baseado na expansão em ordens do inverso do gap de energia, determinamos a equação que descreve o comportamento de um elétron de condução em poços quânticos e em estruturas semicondutoras na fase bulk. Em particular, destacamos a presença de massas efetivas e a emergência de uma interação dependente em spin na forma do operador helicidade no plano já em primeira ordem de aproximação, algo não observado em sistemas cúbicos. A heteroestrutura é investigada no âmbito do modelo de uma e duas subbandas dos poços quânticos das junções semicondutoras. Incluindo o campo de radiação, encontramos a equação efetiva que descreve a interação elétron-fóton analisando ainda as taxas de transição óptica do sistema. Observa-se que as transições ópticas são diretamente mediadas por spin e dependem da direção de incidência do fóton seja no poço quântico ou na monoestrutura semicondutora. Uma vez que estas transições ópticas induzem a mudança na orientação do spin eletrônico, estes resultados podem ser úteis na construção de novos dispositivos optoeletrônicos tendo a wurtzita como cenário. Considerando o hamiltoniano em primeira ordem no inverso do gap de energia relativo ao modelo de uma subbanda, verificamos que a evolução temporal do operador posição do elétron de condução varia linearmente no tempo e não exibe o efeito Zitterbewegung. Associado a evolução temporal dos operadores de spin que oscilam no tempo, o movimento linear garante a formação de um campo harmônico onde os spins precessam. Como apontado no caso cúbico, a precessão do spin de elétrons injetados no poço quântico sob polarização de 45° pode levar à formação spin gratings devido ao espaçamento da ordem de alguns nanômetros destas entidades. Calculamos ainda o shift no vetor de onda de elétrons injetados no canal semicondutor do transitor Datta-Das formado por redes wurtzita.The spin-orbit interaction has played a crucial role in the development of low-dimensional semiconductor devices. In recent results addressing the 8 × 8 Kane model for cubic systems, particularly zincblende lattices, effective hamiltonians for the conduction band are calculated in a semi-analytical way. By folding down the Kane hamiltonian, the spinor components in the conduction band are isolated, resulting in an equation having the energy in denominators. Through a linearization process, controlled by a power expansion in the inverse of the energy gap, the energy is removed from the denominators and an effective hamiltonian is obtained. In a zincblende system, terms dependent on spin only appear in the effective hamiltonian of second order in the inverse of the energy gap of a heterostructure [PRL 99, 076603 (2007); PRB 78, 155313 (2008)]. In this masters thesis we apply this semi-analytical procedure to generate effective hamiltonians for the conduction band of wurtzite systems. Using the symmetries of the hexagonal lattice, the 8 × 8 Kane model is reviewed by taking into account all couplings mediated by the linear momentum and spin angular momentum. We show that exists an unified treatment for the Kane model of zincblende and wurtzite systems, which can be very useful in studies with nanowhiskers. We have found a first-order effective Hamiltonian having terms dependent on spin even in the bulk case. One of these spin-dependent terms is the helicity operator. The spin-orbit interaction only appears in the second order expansion. Considering the first order hamiltonian, we have calculated the Zitterbewegung effect and discussed the Datta-Das transistor. We have found that only the spin operators exhibit the Zitterbewegung effect. The linear dependence with time shown by the position operators make of the spin operators harmonic fields, which form spin grattings similar to those found in zincblende heterostructures (persistent spin helix). We have also included a radiation field and calculated the (direct) optical transitions assisted by spin. We have found that the transition rates are harmonic functions of the incidence angle

A cooperação técnica Opas-Brasil e o desenvolvimento de recursos humanos em saúde: trajetórias históricas e agendas contemporâneas

This article discusses, from a historical perspective, the technical cooperation established between the Pan American Health Organization (PAHO) and the Brazilian government in the domain of policies and programs for developing health human resources, starting from the mid-1970s. Considering intergovernmental organisms, simultaneously, as relevant actors and negotiation arenas, the technical cooperation initiatives launched are analyzed as fundamental contributions for the institutionalization of health human resources area in the country, as part of public health management authorities and as an original collection of institutional arrangements, experiences and methodological approaches. Always with the support of official documents and oral history statements, PAHO-Brazil cooperation is also discussed as a singular institutional space, with relevant action in organizing public health in Brazil and the political management of the Brazilian unified health system itself. Finally, the cooperation actions are analyzed as matrixes of technical cooperation experiences that were implemented under the institutional framework of the new Brazilian health system, the developments of which can be identified in the agenda and operation mode of technical cooperation as it takes place today.Esse trabalho discute, em perspectiva histórica, a cooperação técnica estabelecida entre a Organização Pan-Americana da Saúde (Opas/OMS) e o governo brasileiro no domínio das políticas e programas de desenvolvimento de recursos humanos em saúde, a partir de meados da década de 1970. Considerando os organismos intergovernamentais, simultaneamente, como atores relevantes e arenas de negociação, as iniciativas deflagradas no âmbito da cooperação técnica são analisadas como contribuição fundamental para a institucionalização da área de recursos humanos em saúde no país, como parte das instâncias de gestão pública da saúde e como um acervo original de arranjos institucionais, experiências e abordagens metodológicas. Sempre recorrendo a documentos oficiais e a depoimentos de história oral, a cooperação Opas-Brasil é também discutida como espaço institucional singular, com atuação relevante para a organização do campo da saúde coletiva no Brasil e a própria gestação política do Sistema Único de Saúde brasileiro. Por fim, as ações da cooperação são analisadas como matrizes das experiências de cooperação técnica que se implementaram sob o arcabouço institucional do novo sistema de saúde brasileiro, cujos desdobramentos podem ser identificados na agenda e modo de operação da cooperação técnica tal como realizada nos dias de hoje