Seminar COTEO@CBPF – Pablo Arrighi. 24/04, 14h.

Title: “Quantum cellular automata: structure, universality, applications to quantum simulation”

Speaker: Pablo Arrighi (Paris-Saclay)

Coordinates: 24/04, 14h. Auditorium 6th floor, CBPF

Abstract: Quantum cellular automata consist in arrays of identical finite-dimensional quantum systems, evolving in discrete-time steps by iterating a unitary operator G. Moreover the global evolution G is required to be causal (it propagates information at a bounded speed) and translation-invariant (it acts everywhere the same). Quantum cellular automata provide a model/architecture for distributed quantum computation. More generally, they encompass most of discrete-space discrete-time quantum theory. I will give an overview of their theory, with particular focus on structure results; computability and universality results; and quantum simulation results.

Minicurso@CBPF: Eduardo Duzzioni, 11-13 de Dezembro (14h00)

A Coordenação de Teoria do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (COTEO/CBPF), promove entre os dias 11 e 13 de Dezembro às 14h00, o minicurso “Resolvendo equações parcias em quantum annealers e estimativas de observáveis quânticos.”

O minicurso será ministrado pelo Prof. Eduardo Inacio Duzzioni (UFSC), na sala 601-C, no 6⁰ andar do edifício Cesar Lattes. O Prof. Duzzioni vem ao CBPF como parte do Programa de Visitantes, e estará disponível para discussões durante toda a semana (11-15/12).

Coordenadas temporais: 11, 12 e 13 de Dezembro, das 14h00 às 15h00

Coordenadas espaciais: Sala 601-C, 6⁰ andar, CBPF

Professor: Eduardo Inacio Duzzioni (UFSC)

Resumo: Este minicurso será dividido em três partes. Nas duas primeiras partes mostrarei como resolver equações diferenciais parciais (EDP) utilizando quantum annealers. Na primeira técnica apresentada, discretizamos as EDP, recaindo em sistemas de equações lineares acopladas, as quais são resolvidas nos computadores quânticos. A segunda estratégia consiste em um método híbrido em que soluções das EDP são obtidas via métodos de aprendizado de máquina clássico e posteriormente aprimorados utilizando técnicas de ensemble learning quântico. Estas propostas foram testadas nos computadores quânticos da empresa D-Wave Systems e demonstraram bons resultados. Na terceira parte apresentarei uma metodologia conhecida como classical shadows [Nat. Phys. 16, 1050 (2020)], que serve para estimar os valores esperados de observáveis físicos. Discutirei possíveis ganhos e alguns resultados recentes que obtivemos em nosso grupo de pesquisa

Infoptics seminar @UFF – Marcos Gil, December 8th (11am) – In person

Date and time: December 8th, 2023, 11am

Location: Room 429 of the Physics building

Speaker: Marcos Gil (UFF)

Title: Tomografia de feixes parcialmente coerentes utilizando apenas duas medidas de intensidade

Abstract: Em um trabalho anterior, nosso grupo demonstrou experimentalmente a possibilidade de reconhecer a estrutura do modo transverso de um feixe de luz coerente usando aprendizado de máquina. Somente modos com ordem fixa foram considerados. Nesse caso, foi demonstrado que eram necessárias duas imagens – além de uma imagem direta, também era necessário fornecer uma medição do perfil de intensidade depois que o feixe passava por um conversor de modos pi/2, que era implementado por uma lente inclinada. A segunda medição é usada para levantar a degenerescência de feixes com momentos angulares opostos. Apesar da identificação bem-sucedida de superposições coerentes, esse trabalho deixou algumas pontas soltas, que aqui começamos a amarrar. Uma questão que ficou sem resposta é por que apenas duas imagens são suficientes. Esse fato está em aparente contradição com o processo análogo de tomografia de estado quântico, no qual a medição em três bases mutuamente não enviesadas é necessária para determinar um estado quântico. Aqui, apresentamos uma prova da suficiência de duas imagens que, surpreendentemente, também se estende ao caso de fontes parcialmente coerentes – o análogo, no nosso caso, a estados quânticos mistos. Essa prova é apresentada na forma de um algoritmo que garante a correta classificação, pelo menos em teoria. Uma variação desse algoritmo é aplicada ao caso de imagens experimentais, e seu resultado é comparado com técnicas de aprendizado de máquina. Essa investigação será útil para a comunicação com feixes de luz estruturados.

Infoptics seminar @UFF – Marcos Roberto, November 24th (11am) – In person

Date and time: November 24th, 2023, 11am

Location: Room 429 of the Physics building

Speaker: Marcos Roberto (UFF)

Title: Avaliação de Erros da Aproximação Adiabática da Mecânica Quântica

Abstract: Discutimos uma teoria de escopo bastante geral para a avaliação de erros cometidos na aproximação adiabática da mecânica quântica, que é baseada num esquema perturbativo bem conhecido na literatura. Consideramos, em particular, aplicações da mesma ao algoritmo de Grover em sua versão da Computação Quântica Adiabática (AQC).  A abordagem apresentada desconstrói alguns equívocos na literatura sobre o assunto e lança um ponto de vista novo, especialmente no que diz respeito à avaliação da complexidade computacional. Ressaltamos, sobretudo, que obtemos “tight bounds” para o erro cometido na aproximação, além de estimativas para a complexidade computacional que escalam corretamente com o tamanho do sistema.

Student Chapter OPTICA @UFRJ  – Leonardo Menezes, November 22th (10am) – In Person

Date and time: November 22th, 2023, 10am

Location: room 343 (Bloco A, Centro de Tecnologia, UFRJ)

Speaker: Leonardo Menezes (LMU Munich, UFPE)

Title: Dinâmica coerente de um único spin em defeitos de nitrogênio-vacância individuais em nanodiamante e aplicação: nanomagnetômetro

Abstract: O defeito nitrogênio-vacância carregado negativamente (NV-) em diamante é um centro de cor que se comporta como um átomo individual ou íon preso numa rede cristalina. Devido à dependência entre o estado de spin do NV e a fluorescência que o defeito emite, os spins dos elétrons deste defeito podem ser manipulados individualmente e lidos opticamente com uma técnica chamada de Ressonância Magnética Detectada Opticamente (ODMR). Usando esta técnica, investigamos a dinâmica coerente de estados de spin de um único NV- medindo oscilações de Rabi à temperatura ambiente, em que foi possível medir um tempo de defasamento inomogêneo T2* da ordem de microssegundos. Além disto, aplicando a técnica de Eco de Spin, medimos o tempo de defasamento homogêneo T2 no mesmo NV-, também da ordem de microssegundos. Essas medidas são essenciais para aplicação desse sistema como nanomagnetômetro, pois quanto mais longos T2* e T2 forem, maior será a sensibilidade de um esquema de detecção de pequenos campos magnéticos em escala nanométrica. Desenvolvemos também uma técnica que permite determinar a orientação espacial do momento de dipolo magnético do NV- , o que definitivamente abriu caminho para a realização de um nanomagnetômetro de resolução espacial ultra-alta, da ordem de 20 nm [Sánchez et al., AIP Adv. 10, 025323 (2020)].

Infoptics seminar @UFF – Fernando Nicacio, November 17th (11am) – In person

Date and time: November 17th, 2023, 11am

Location: Room 429 of the Physics building

Speaker: Fernando Nicacio (UFRJ)

Title: Termodinâmica de Calibre das Equações Mestras Não-Markovianas

Abstract: O desafio da área denominada termodinâmica quântica é descrever consistentemente trocas energéticas entre sistemas quânticos num cenário onde flutuações, classicamente desprezadas, são preponderantes na dinâmica do sistema físico. Neste seminário, apresentar-se-á a descrição termodinâmica para sistemas quânticos que têm sua evolução descrita por equações que levam em conta a interação entre sistemas, sob parte dos quais não há controle absoluto. Lidando com equações mestras genéricas locais no tempo e não-Markovianas, definiremos corrente e potência como dependentes do processo, tal como na termodinâmica clássica. Cada processo é caracterizado por uma transformação de simetria, um calibre da equação mestra, que está associada a diferentes quantidades de calor e/ou trabalho. Uma vez que o requisito de simetria fixa as grandezas termodinâmicas, uma interpretação consistente das leis da termodinâmica emerge. Aplicando a teoria a máquinas térmicas quânticas, mostraremos que as transformações de simetria podem alterar suas eficiências, contudo, ainda restritas ao limite de Carnot clássico.

Referência: Gauge quantum thermodynamics of time-local non-Markovian evolutions, F. Nicacio & R.N.P. Maia, PHYSICAL REVIEW A 108, 022209 (2023).

Infoptics seminar @UFF – Vladimir Vargas, November 10th (11am) – In person

Date and time: November 10th, 2023, 11am

Location: Room 429 of the Physics building

Speaker: Vladimir Vargas (Zapata Computing Inc.)

Title: Quantum feature maps para estimativa de densidade e classificação
de dados

Abstract: Neste seminário, apresentarei um método para explorar medidas projetivas em sistemas quânticos controláveis para classificação de dados e estimativa de densidade, que são tarefas centrais no aprendizado de máquina moderno. O método consiste em três etapas fundamentais. A primeira diz respeito ao treinamento, em que os conjuntos de dados são usados para preparar o estado de um sistema quântico. Esse estado quântico servirá como um “oráculo”, que codifica a distribuição de probabilidade subjacente ao conjunto de dados. Em seguida, se um novo ponto de dados x tiver de ser classificado ou sua densidade tiver de ser estimada, o mesmo procedimento de preparação do estado quântico será usado para obter o estado quântico desse único ponto de dados x. A projeção desse estado no estado de treinamento resolverá o problema de previsão, seja de estimativa de densidade ou de classificação. Será apresentada uma discussão detalhada sobre como é possível preparar esses estados quânticos e a relevância de usar estados quânticos verdadeiros ou estados quânticos simulados.

Student Chapter OPTICA @UFRJ  – Cláudio Lenz, November 8th (10am) – In Person

Date and time: November 8th, 2023, 10am

Location: room 312 (Bloco A, Centro de Tecnologia, UFRJ)

Speaker: Cláudio Lenz (UFRJ)

Title: A técnica de Matrix Isolation Sublimation (MISu): espectroscopia a laser de átomos, moléculas e íons aprisionados

Abstract: Descrevemos a técnica de MISu, desenvolvida na UFRJ para geração de átomos, moléculas e íons frios. Átomos e moléculas foram estudados por espectroscopia a laser e por espectrometria de massa por tempo-de-voo (ToF-MS). O recente aprisionamento de cátions e ânions frios, representando a primeira armadilha de íons no Brasil, tem diversos desdobramentos que vamos discutir na apresentação incluindo: (i) uma fonte de H para o experimento com antiH no CERN para teste de física fundamental; (ii) espectroscopia a laser de Ca+; (iii) formação molecular em condições do meio interestelar. Experimentos para realizar espectroscopia a laser de altíssima resolução de H e seus isótopos estão sendo montados no laboratório e serão descritos, junto com suas implicações científicas.  A pesquisa fundamental com o projeto e construção de equipamentos e instrumentação se caracteriza num ambiente ideal para a formação de bons pesquisadores e acaba por gerar aplicações em tecnologia, a exemplo do gravímetro ótico sob desenvolvimento no laboratório.

Infoptics seminar @UFF – Thales A. B. Pinto Silva, October 27th (11am) – Online

Date and time: October 27th, 2023, 11am

Location: Online at https://meet.google.com/tqh-dzwe-fap

Speaker: Thales A. B. Pinto Silva (Technion, Israel)

Title: Trabalho quântico: conciliando mecânica quântica e termodinâmica

Abstract: Tem sido afirmado recentemente que nenhum protocolo de medição de trabalho quântico pode satisfazer princípios físicos fundamentais, levantando dúvidas quanto à compatibilidade entre a mecânica quântica, a termodinâmica e o limite clássico. Na palestra desta sexta-feira, apresentarei uma solução que abordamos recentemente (ArXiv 2310.11653) para esta incompatibilidade, demonstrando que a formulação usual desses princípios falha em abordar adequadamente o limite clássico. Ao propor mudanças nesse sentido, provamos que todos os princípios essenciais podem ser satisfeitos quando o trabalho é definido como um observável quântico, conciliando a estatística do trabalho quântico e a termodinâmica.

Infoptics seminar @UFF – Fernando Iemini, October 20th (11am) – Online

Date and time: October 20th, 2023, 11am

Location: Online at https://meet.google.com/tqh-dzwe-fap

Speaker: Fernando Iemini (UFF)

Title: Floquet time-crystals as sensors of AC fields

Abstract: We discuss the performance of discrete time crystals (DTC) as quantum sensors. The long-range spatial and time ordering displayed by DTC, leads to an exponentially slow heating, turning DTC into advantageous sensors. Specifically, their performance (determined by the quantum Fisher information) to estimate AC fields, can overcome the shot-noise limit while allowing for long-time sensing protocols. Since the collective interactions stabilize their dynamics against noise, these sensors become robust to imperfections in the protocol. The performance of such a sensor can also be used in a dual role to probe
the presence or absence of a many-body localized phase.

Reference: https://arxiv.org/abs/2306.03927