Estudo do efeito da anarmonicidade no controle coerente de sistemas quânticos por pulsos π com aplicações à computação quântica - Mascarenhas, Eric Johnn (2016)
Apesar de grande volume teórico da área de computação e informação quântica, poucas realizações físicas de um computador quântico foram estudadas. As tentativas já realizadas incluem eletrodinâmica quântica de cavidade (BRUNE et al., 1996), armadilhas de íons (CIRAC; ZOLLER, 1995), ressonância magnética nuclear (JONES; MOSCA, 1998), fótons (LANYON et al., 2008) e até spins em materiais semicondutores (TAYLOR et al., 2005). Dessas tentativas, o sucesso para o processamento de informação quântica não passou de algumas dezenas de operações realizadas por poucos qubits (do inglês quantum-bit, uma unidade de informação quântica binária). Muito ainda precisa ser estudado para que uma idealização física de um computador quântico possa chegar a ser de fato útil. A ideia de um computador baseado nos princípios da mecânica quântica veio à tona em 1982 com uma publicação de Feynman (FEYNMAN, 1982) trazendo um interessante questionamento acerca dos computadores denominados clássicos: Pode um computador baseado em fenômenos essencialmente clássicos simular completamente a natureza como se conhece e apresentar os mesmos resultados das observações realizadas experimentalmente? No mesmo trabalho, em um texto extremamente claro e agradável, Feynman chega à conclusão de que se a natureza age de maneira quântica, apenas um computador construído com base em fenômenos quânticos poderia simular com sucesso as observações experimentais. Assim, qualquer sistema regulado pelas leis da mecânica quântica pode ser candidato físico para implementação de um computador quântico. Deste ponto de vista, os níveis vibracionais de sistemas moleculares devido a sua natureza são candidatos por excelência na implementação de computadores quânticos. O número de qubits em um sistema molecular vibracional é proporcional ao número de graus de liberdade vibracionais o qual é dado por 3N 6 para uma molécula de N átomos não linear e 3N 5 para uma molécula de N átomos linear. Assim, operações de vários qubits podem ser realizadas implementando apenas algumas moléculas ou ainda, mais níveis vibracionais podem ser utilizados para representar operações quânticas com lógica não-binária. Vale salientar, que as excitações dos níveis vibracionais das moléculas são estáveis na escala de tempo de 6 interesse das operações computacionais. Neste trabalho é estudado o controle coerente de sistemas moleculares por meio de pulsos p e o efeito da anarmonicidade no controle populacional dos níveis vibracionais moleculares, utilizando a superfície de energia potencial calculada por métodos ab-initio da molécula de CS2 e através do potencial de Morse parametrizado para representar as vibrações da ligação OH. Os estudos realizados visam aplicações de sistemas moleculares à computação quântica. Seguindo a abordagem de outros estudos (ZHAO; BABIKOV, 2007; MISHIMA; TOKUMO; YAMASHITA, 2008; BABIKOV, 2004; TROPPMANN; TESCH; VIVIE-RIEDLE, 2003; MISHIMA; YAMASHITA, 2010), serão utilizados os modos vibracionais do íon SCN como qubits a fim de propor a aplicabilidade desta molécula na implementação de portas lógica quânticas.