Orientador: Marcos Cesar de Oliveira

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: A presente tese é um conjunto de resultados relativos à não-classicalidade e ao emaranhamento, que são conceitos fundamentais da física quântica contemporânea. Começamos desenvolvendo uma representação de quasiprobabilidade para sistemas discretos baseada em conjuntos de bases mutuamente...

Resumo: A presente tese é um conjunto de resultados relativos à não-classicalidade e ao emaranhamento, que são conceitos fundamentais da física quântica contemporânea. Começamos desenvolvendo uma representação de quasiprobabilidade para sistemas discretos baseada em conjuntos de bases mutuamente não-viesadas, que é uma construção relacionada a um pilar da teoria quântica: o princípio de complementaridade. O conjunto de estados clássicos em nossa representação de quasiprobabilidade já está presente em muitos cenários relacionados, tanto de abordagens fundamentais, bem como práticas e a noção de classicalidade obtida é, portanto, bem-justificada. Um resultado profundo resulta de nossa representação: para qubits, as unidades básicas da teoria da informação quântica, o princípio de complementaridade proíbe a presença de conjecturadas configurações além da física quântica. Assim, a existência de tais objetos superquânticos implicaria uma violação da complementaridade, uma violação que exigiria uma reformulação total das bases conceituais da física quântica. Apresentamos, em seguida, um outro resultado sobre a detecção de não-classicalidade em termos de quantidades observáveis disponíveis na prática. O método está relacionado à noção de não-classicalidade induzida pela tarefa de criação de emaranhamento, que gera uma definição de classicalidade simples mas geral para sistemas físicos arbitrários. Por fim, apresentamos uma nova classe de emaranhamento não-destilável, um fenômeno não-intuitivo em teoria de emaranhamento de difícil caracterização. A construção teórica é baseada em sistemas atualmente utilizados em experimentos de ótica quântica, abrindo assim a possibilidade de implementação prática dos estados emaranhados não-destiláveis em sistemas de variáveis contínuas

Abstract: The present thesis is a collection of results concerning nonclassicality and entanglement, which are fundamental concepts in contemporary quantum physics. We start developing a quasiprobability representation for discrete systems based on sets of mutually unbiased basis, which is a...

Abstract: The present thesis is a collection of results concerning nonclassicality and entanglement, which are fundamental concepts in contemporary quantum physics. We start developing a quasiprobability representation for discrete systems based on sets of mutually unbiased basis, which is a construction related to one pillar of quantum theory: the complementarity principle. The set of classical states in our quasiprobability representation is already present in many related scenarios, both from foundational as well as practical approaches and the notion of classicality obtained is thus well-justified. A deep result follows from our representation: for qubits, the basic units of quantum information theory, the complementarity principle forbids the presence of conjectured configurations beyond quantum physics. Hence, the existence of such superquantum objects would imply a violation of complementarity, a violation that would demand a total reformulation of the conceptual foundations of quantum physics. We present then another result concerning the detection of nonclassicality in terms of observable quantities available in practice. The method is related to the nonclassicality notion induced by the task of entanglement creation, imposing a simple but general definition of classicality for arbitrary physical systems. Finally, we present a novel class of bound entanglement, a non-intuitive phenomenon in entanglement theory that is very hard to characterize. The theoretical construction is based on schemes used currently in quantum optical experiments, thus opening a possibility of practical implementation of bound entangled states in continuous variables systems