Using continuous measurement to protect a universal set of quantum gates within a perturbed decoherence-free subspace

We consider a universal set of quantum gates encoded within a perturbed decoherence-free subspace of four physical qubits. Using second-order perturbation theory and a measuring device modeled by an infinite set of harmonic oscillators, simply coupled to the system, we show that continuous observation of the coupling agent induces inhibition of the decoherence due to spurious perturbations. We thus advance the idea of protecting or even creating a decoherence-free subspace for processing quantum information.Comment: 7 pages, 1 figure. To be published in Journal of Physics A: Mathematical and Genera

Alternative fidelity measure for quantum states

We propose an alternative fidelity measure (namely, a measure of the degree of similarity) between quantum states and benchmark it against a number of properties of the standard Uhlmann-Jozsa fidelity. This measure is a simple function of the linear entropy and the Hilbert-Schmidt inner product between the given states and is thus, in comparison, not as computationally demanding. It also features several remarkable properties such as being jointly concave and satisfying all of "Jozsa's axioms". The trade-off, however, is that it is supermultiplicative and does not behave monotonically under quantum operations. In addition, new metrics for the space of density matrices are identified and the joint concavity of the Uhlmann-Jozsa fidelity for qubit states is established.Comment: 12 pages, 3 figures. v2 includes minor changes, new references and new numerical results (Sec. IV

Atom optical elements for Bose condensates

A simple model for atom optical elements for Bose condensate of trapped, dilute alkali atomns is proposed and numerical simulations are presented to illustrate its characteristics. We demonstrate ways of focusing and splitting the condensate by modifying experimentally adjustable parameters. We show that there are at least two ways of implementing atom optical elements: one may modulate the interatomic scattering length in space, or alternatively, use a sinusoidal, externally applied potential.Comment: 7 pages, 10 figure

Simulation of the process of decelerating atoms by the Zeeman-tuning technique

O principal objetivo deste trabalho é, adotado uma abordagem centrada na simulação numérica, entender a desaceleração a laser de um feixe atômico por meio da conhecida técnica de ajuste Zeeman. Nossos cálculos numéricos são capazes de reproduzir as características fundamentais dos resultados experimentais já obtidos. Também apresentamos um modelo analítico simples incorporando as idéias básicas contidas nas hipóteses utilizadas nas simulações e mostrando que estas idéias são consistentes com as conclusões numéricas e experimentais. Isto demonstra que os aspectos essenciais do processo desacelerador são bem compreendidos.The main purpose of this work is, adopting a numerical simulation approach, to understand the laser deceleration of an atomic beam by means 0f the kown Zeeman tuning technique. Our numerical calculations are able to reproduce the fundamental features of the experimental results already obtained. We also present a simple analytical model incorporating the basic ideas contained in the hypotheses used in the simulations, and show that these ideas are consistent with the numerical and experimental conclusions. This demonstrates that the essential aspects 0f the deceleration process are well comprehended

Simulation of the process of decelerating atoms by the Zeeman-tuning technique

O principal objetivo deste trabalho é, adotado uma abordagem centrada na simulação numérica, entender a desaceleração a laser de um feixe atômico por meio da conhecida técnica de ajuste Zeeman. Nossos cálculos numéricos são capazes de reproduzir as características fundamentais dos resultados experimentais já obtidos. Também apresentamos um modelo analítico simples incorporando as idéias básicas contidas nas hipóteses utilizadas nas simulações e mostrando que estas idéias são consistentes com as conclusões numéricas e experimentais. Isto demonstra que os aspectos essenciais do processo desacelerador são bem compreendidos.The main purpose of this work is, adopting a numerical simulation approach, to understand the laser deceleration of an atomic beam by means 0f the kown Zeeman tuning technique. Our numerical calculations are able to reproduce the fundamental features of the experimental results already obtained. We also present a simple analytical model incorporating the basic ideas contained in the hypotheses used in the simulations, and show that these ideas are consistent with the numerical and experimental conclusions. This demonstrates that the essential aspects 0f the deceleration process are well comprehended

Uma derivação simples da equação de Lindblad

We present a derivation of the Lindblad equation -an important tool for the treatment of nonunitary evolutions -that is accessible to undergraduate students in physics or mathematics with a basic background on quantum mechanics. We consider a specific case, corresponding to a very simple situation, where a primary system interacts with a bath of harmonic oscillators at zero temperature, with an interaction Hamiltonian that resembles the Jaynes-Cummings formato We start with the Born-Markov equation and, tracing out the bath degrees of freedom, we obtain an equation in the Lindblad formo The specific situation is very instructive, for it makes it easy to realize that the Lindblads represent the effect on the main system caused by the interaction with the bath, and that the Markov approximation is a fundamental condition for the emergence of the Lindbladian operator. The formal derivation of the Lindblad equation for a more general case requires the use of quantum dynamical semi-groups and broader considerations regarding the environment and temperature than we have considered in the particular case treated here.Apresentamos uma derivação da equação de Lindblad -uma ferramenta importante no tratamento de evoluções não-unitárias -acessível a estudantes de graduação em física ou matemática com noções básicas de mecânica quântica. Consideramos aqui um caso específico, correspondente a uma situação bem simples, onde o sistema principal interage com um banho de osciladores harmónicos à temperatura nula, com hamiltoniano de interação que se assemelha ao modelo de Jaynes-Cummings. Iniciamos com a equação de Born-Markov e, através do traço parcial dos graus de liberdade do banho, obtemos uma equação na forma de Lindblad. Essa situação específica é bem instrutiva, pois permite verificar que os lindblads representam a contribuição do sistema principal ao hamiltoniano de interação com o banho, e que a aproximação markoviana é vital para o surgimento do lindbladiano. A dedução formal da equação de Lindblad para situações gerais requer o uso do formalismo de semigrupos dinâmicos quânticos e considerações mais abrangentes sobre o ambiente e a temperatura do que as utilizadas aqui.0109Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Uma derivação simples da equação de Lindblad

We present a derivation of the Lindblad equation - an important tool for the treatment of nonunitary evolutions - that is accessible to undergraduate students in physics or mathematics with a basic background on quantum mechanics. We consider a specific case, corresponding to a very simple situation, where a primary system interacts with a bath of harmonic oscillators at zero temperature, with an interaction Hamiltonian that\ud resembles the Jaynes-Cummings format. We start with the Born-Markov equation and, tracing out the bath degrees of freedom, we obtain an equation in the Lindblad form. The specific situation is very instructive, for it makes it easy to realize that the Lindblads represent the effect on the main system caused by the interaction with the bath, and that the Markov approximation is a fundamental condition for the emergence of the Lindbladian operator. The formal derivation of the Lindblad equation for a more general case requires the use of quantum dynamical semi-groups and broader considerations regarding the environment and temperature than we have considered in the particular case treated here.Apresentamos uma derivação da equação de Lindblad -uma ferramenta importante no tratamento de evoluções não-unitárias -acessível a estudantes de graduação em física ou matemática com noções básicas de mecânica quântica. Consideramos aqui um caso específico, correspondente a uma situação bem simples, onde o sistema principal interage com um banho de osciladores harmónicos à temperatura nula, com hamiltoniano de interação que se assemelha ao modelo de Jaynes-Cummings. Iniciamos com a equação de Born-Markov e, através do traço parcial dos graus de liberdade do banho, obtemos uma equação na forma de Lindblad. Essa situação específica é bem instrutiva, pois permite verificar que os lindblads representam a contribuição do sistema principal ao hamiltoniano de interação com o banho, e que a aproximação markoviana é vital para o surgimento do lindbladiano. A dedução formal da equação de Lindblad para situações gerais requer o uso do formalismo de semigrupos dinâmicos quânticos e considerações mais abrangentes sobre o ambiente e a temperatura do que as utilizadas aqui.CAPESFAPESP (11/19848-4)CNPqINCT-I