Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks

(English) The advent of quantum mechanics, which predicted strange, counter-intuitive effects and phenomena, that could not be mimicked by classical physical theories, revolutionized the scope and understanding of physics research back in the XIX century. As time passed, and quantum theory became be...

ver descrição completa

Detalhes bibliográficos
Autor: Cenni, Marina F. B.
Formato: tesis doctoral
Fecha de publicación:2024
País:España
Recursos:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Repositorio:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:upcommons.upc.edu:2117/455328
Acesso em linha:https://hdl.handle.net/2117/455328
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-455328
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:621.3 - Enginyeria elèctrica. Electrotècnia. Telecomunicacions
530. 1 - Principis generals de la física
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
Àrees temàtiques de la UPC::Física
id ES_edef08cec2d7067ec014192d9afbe172
oai_identifier_str oai:upcommons.upc.edu:2117/455328
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
title Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
spellingShingle Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
Cenni, Marina F. B.
621.3 - Enginyeria elèctrica. Electrotècnia. Telecomunicacions
530. 1 - Principis generals de la física
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
Àrees temàtiques de la UPC::Física
title_short Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
title_full Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
title_fullStr Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
title_full_unstemmed Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
title_sort Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasks
dc.creator.none.fl_str_mv Cenni, Marina F. B.
author Cenni, Marina F. B.
author_facet Cenni, Marina F. B.
author_role author
dc.subject.none.fl_str_mv 621.3 - Enginyeria elèctrica. Electrotècnia. Telecomunicacions
530. 1 - Principis generals de la física
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
Àrees temàtiques de la UPC::Física
topic 621.3 - Enginyeria elèctrica. Electrotècnia. Telecomunicacions
530. 1 - Principis generals de la física
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
Àrees temàtiques de la UPC::Física
description (English) The advent of quantum mechanics, which predicted strange, counter-intuitive effects and phenomena, that could not be mimicked by classical physical theories, revolutionized the scope and understanding of physics research back in the XIX century. As time passed, and quantum theory became better understood, a shift of paradigm occurred: what used to be solely an object of investigation and analysis became also a tool, as it was realized that the extraordinary, exotic features of systems working in the quantum regime could also be harnessed as resources that could be used to our benefit in different tasks. This shift of paradigm marked the beginning of a Second Quantum Revolution, which was characterized by the rise of the Quantum Information Science and Technologies. Central quantum resources such as quantum correlations, including entanglement, and also non-classicality and non-Gaussianity, were shown to be useful for data processing tasks such as communication, computation and parameter estimation, to name a few. In this thesis, we dive into the field of parameter estimation, or Metrology, and discuss the role of physical correations on the precision of the information retrieval of variables encoded in physical systems. We begin by exploring the role of a specific kind of correlations, those that arise indirectly between quantum probes via the interaction with a common environment, in the retrieval of temperature information of a cold bosonic bath. We then analyse the role of restricting the measurement choice of the probes to a limited set, that of Gaussian measurements, and show their usefulness in characterizing the temperature of Gaussian systems. Finally, we go beyond the scope of the field of Metrology and Thermometry, and look for effective ways to certify the presence of a number of relevant quantum resources in states produced by third order light-matter interaction, also known as three photon generation. There, we show that correctly tailored quantum witnesses can effectively certify the presence of quantum phenomena with no classical analog in photonic nonlinear processes.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024
2024-11-25
2026
2026-02-16
dc.type.none.fl_str_mv doctoral thesis
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
VoR
http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
dc.identifier.none.fl_str_mv https://hdl.handle.net/2117/455328
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-455328
url https://hdl.handle.net/2117/455328
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-455328
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
eng
language_invalid_str_mv Inglés
language eng
dc.rights.none.fl_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
dc.source.none.fl_str_mv reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
instname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
instname_str Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
reponame_str UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
collection UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869423573866643456
spelling Correlations and measurements​ as resources for ​quantum information tasksCenni, Marina F. B.621.3 - Enginyeria elèctrica. Electrotècnia. Telecomunicacions530. 1 - Principis generals de la físicaÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicacióÀrees temàtiques de la UPC::Física(English) The advent of quantum mechanics, which predicted strange, counter-intuitive effects and phenomena, that could not be mimicked by classical physical theories, revolutionized the scope and understanding of physics research back in the XIX century. As time passed, and quantum theory became better understood, a shift of paradigm occurred: what used to be solely an object of investigation and analysis became also a tool, as it was realized that the extraordinary, exotic features of systems working in the quantum regime could also be harnessed as resources that could be used to our benefit in different tasks. This shift of paradigm marked the beginning of a Second Quantum Revolution, which was characterized by the rise of the Quantum Information Science and Technologies. Central quantum resources such as quantum correlations, including entanglement, and also non-classicality and non-Gaussianity, were shown to be useful for data processing tasks such as communication, computation and parameter estimation, to name a few. In this thesis, we dive into the field of parameter estimation, or Metrology, and discuss the role of physical correations on the precision of the information retrieval of variables encoded in physical systems. We begin by exploring the role of a specific kind of correlations, those that arise indirectly between quantum probes via the interaction with a common environment, in the retrieval of temperature information of a cold bosonic bath. We then analyse the role of restricting the measurement choice of the probes to a limited set, that of Gaussian measurements, and show their usefulness in characterizing the temperature of Gaussian systems. Finally, we go beyond the scope of the field of Metrology and Thermometry, and look for effective ways to certify the presence of a number of relevant quantum resources in states produced by third order light-matter interaction, also known as three photon generation. There, we show that correctly tailored quantum witnesses can effectively certify the presence of quantum phenomena with no classical analog in photonic nonlinear processes.(Català) L'arribada de la mecànica quàntica, que va predir efectes i fenòmens estranys i contraintuïtius, que no podien ser imitats per les teories físiques clàssiques, va revolucionar l'abast i la comprensió de la investigació física al segle XIX. A mesura que passava el temps i la teoria quàntica es va entendre millor, es va produir un canvi de paradigma: el que abans era només un objecte d'investigació i anàlisi es va convertir també en una eina, ja que es va adonar que les característiques extraordinàries i exòtiques dels sistemes que treballaven en règim quàntic també es podrien aprofitar com a recursos que es podrien utilitzar en el nostre benefici en diferents tasques. Aquest canvi de paradigma va marcar l'inici d'una segona revolució quàntica, que es va caracteritzar per l'auge de la ciència i les tecnologies de la informació quàntica. Els recursos quàntics centrals, com ara les correlacions quàntiques, inclòs l'entrellat, i també la no-classicitat i la no gaussianitat, van demostrar ser útils per a tasques de processament de dades com la comunicació, la computació i l'estimació de paràmetres, per citar-ne algunes. En aquesta tesi, ens submergim en el camp de l'estimació de paràmetres, o Metrologia, i discutim el paper de les correccions físiques en la precisió de la recuperació d'informació de variables codificades en sistemes físics. Comencem explorant el paper d'un tipus específic de correlacions, les que sorgeixen indirectament entre sondes quàntiques mitjançant la interacció amb un entorn comú, en la recuperació d'informació de temperatura d'un bany bosònic fred. A continuació, analitzem el paper de restringir l'elecció de mesura de les sondes a un conjunt limitat, el de mesures gaussianes, i mostrem la seva utilitat per caracteritzar la temperatura dels sistemes gaussians. Finalment, anem més enllà de l'àmbit de la metrologia i la termometria, i busquem maneres efectives de certificar la presència d'una sèrie de recursos quàntics rellevants en estats produïts per la interacció llum-matèria de tercer ordre, també coneguda com a generació de tres fotons. Allà, mostrem que els testimonis quàntics adaptats correctament poden certificar eficaçment la presència de fenòmens quàntics sense anàlegs clàssics en processos fotònics no lineals.(Español) La llegada de la mecánica cuántica, que predijo efectos y fenómenos raros y contrarios a la intuición que no podían ser imitados por las teorías físicas clásicas, revolucionó el alcance y la comprensión de la investigación en física cuando se descubrieron sus primeras huellas en el siglo XIX. Con el paso del tiempo, y a medida que la teoría cuántica se fue comprendiendo mejor, ocurrió un cambio de paradigma: lo que solía ser únicamente un objeto de investigación y análisis se convirtió también en una herramienta, al darse cuenta de que las características extraordinarias y exóticas de los sistemas que funcionan en el régimen cuántico también podrían aprovecharse como recursos que pueden beneficiarnos en diferentes protocolos. Este cambio de paradigma marcó el comienzo de una Segunda Revolución Cuántica, caracterizada por el surgimiento del campo de investigación de la Teoría de la Información Cuántica. Se demostró que recursos cuánticos centrales como las correlaciones cuánticas, incluido el entrelazamiento, y también la no clasicidad y la no gaussianidad, resultaban útiles para tareas de procesamiento de datos como la comunicación, la computación y la estimación de parámetros, por nombrar algunas. En esta tesis, nos adentramos en el campo de la estimación de parámetros, o Metrología, y discutimos el papel de las correlaciones físicas en la precisión de la recuperación de información de variables codificadas en sistemas físicos. Comenzamos explorando el papel metrológico de un tipo específico de correlaciones, aquellas que surgen indirectamente entre sondas cuánticas a través de la interacción con un entorno común, en la recuperación de información de temperatura de un "bosonic bath" frío. Luego analizamos el papel de restringir la elección de medición de las sondas a un conjunto limitado, el de las mediciones gaussianas, y mostramos su utilidad para caracterizar la temperatura de los sistemas gaussianos. Finalmente, vamos más allá del ámbito de la Metrología y la Termometría y buscamos formas efectivas de certificar la presencia de una serie de recursos cuánticos relevantes en estados producidos por la interacción luz-materia de tercer orden, también conocida como generación de tres fotones.Allí, mostramos que los testigos cuánticos correctamente adaptados pueden certificar eficazmente la presencia de un entrelazamiento multipartito genuino en la generación de tripletes no degenerados, y de una serie de recursos cuánticos monomodo en la versión degenerada del proceso.Universitat Politècnica de Catalunya20242024-11-2520262026-02-16doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/455328https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-455328reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCinstname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Inglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessoai:upcommons.upc.edu:2117/4553282026-05-27T15:37:01Z
score 15,812429

Registos relacionados