Quantum Information with Continuous Variable systems

• Autores: Carles Rodó Sarró
• Directores de la Tesis: Anna Sanpera Trigueros (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2010
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Albert Bramon (presid.), Fabrizio Illuminati (secret.), Morgan Mitchell (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Óptica física
    • Química física
      • Teoría cuántica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • Aquesta tesi tracta l'estudi de protocols de comunicació quàntica amb sistemes devariable continua (CV). Els sistemes de CV són aquells descrits per coordenades canòniques conjugades $x$ i $p$ dotades amb un espai de Hilbert de dimensió infinita. Una classe especial de sistemes CV són, els anomenats estats Gaussians.Contràriament als sistemes discrets, els estats Gaussians entrellaçats no es podendestil·lar només amb operacions Gaussianes. No obstant va ser mostrat que, és possible extreure bits clàssics perfectament correlacionats per establir claus secretes aleatòries. Apropiadament modifiquem el protocol usant entrellaçament Gaussià bipartit per assolir la distribució de claus quàntiques de manera eficient i realista. Descrivim i demostrem la seguretat en front de diversos possibles atacs enla comunicació, detallant els recursos necessaris. També hem considerat un protocol tripartit simple conegut com Acord Bizantí. És un vell protocol de comunicació clàssica en el què els participants (amb possibles traïdors entre ells)només podem comunicar-se en parelles, mentre intenten arribar a una decisiócomú. Clàssicament hi ha un límit en el nombre màxim de traïdors que poden estar involucrats dins el joc. No obstant, una solució quàntica existeix. Mostrem aquestasolució dins els CV usant estats entrellaçats Gaussians multipartits i operacionsGaussianes. A més, mostrem sota quines premisses, entrellaçament contingut als estats, soroll, detectors ineficients, el nostre protocol és eficient i aplicable amb tecnologia actual. És conegut que tot i que el seu rol excepcional dins els estats CV, de fet, els estats Gaussians no són sempre els millors candidats per desenvolupar tasquesd'informació quàntica. Així, ataquem el problema de la quantificació de correlacions(clàssiques i/o quàntiques) entre dos modes CV (Gaussians i no Gaussians).Proposem definir les correlacions entre dos modes com el màxim numero de bits correlacionats extrets a través de mesures locals en les quadratures de cadamode. En els estats Gaussians, on l'entrellaçament és accessible a través de la seva matriu de covariança la nostra quantificació majoritza l'entrellaçament, reduint¬se a un monotó d'entrellaçament per estats purs. Per estats no Gaussians, com estats fotònics de Bell, estats foto-substrets i mescles d'estats Gaussians, la correlació de bits en quadratures mostra ser també una funció monòtona amb la negativitat. Aquesta quantificació dóna una operacional i factible manera de mesurar l'entrellaçament no Gaussià en experiments actuals mitjançant detecció homodine directa i sense necessitar una tomografia completa de l'estat amb lamateixa dificultat que si es tractes d'estats Gaussians. Finalment ens hem focalitzat amb col·lectivitats atòmiques descrites com CV. L'entrellaçament induït per la mesura entre dos col·lectivitats atòmiques macroscòpiques va ser reportat experimentalment al 2001. Allà, la interacció entreun únic pols làser apropant-se a través de dos col·lectivitats atòmiques separades espacialment combinat amb una mesura projectiva final en la llum permetia la creació d'entrellaçament EPR pur entre les dues col·lectivitats. Mostrem com generar, manipular i detectar entrellaçament mesoscopic entre un nombre arbitraride col·lectivitats a través d'una interfície llum-matèria quàntica no demolidora. Lanostra proposta s'extén d'una manera no trivial per entrellaçament multipartit (GHZ ide tipus clúster) sense la necessitat de camps magnètics locals. A més mostrem sorprenentment que, donat el caràcter irreversible de la mesura, la interacció de la col·lectivitat atòmica amb un segon feix de llum pot modificar e inclús revertir la acció d'entrellaçament del primer deixant la col·lectivitat en un estat separable.