NMR quantum information processing on liquid chloroform and continuous-time quantum walks on squares

Abstract: Recentemente, a área de processamento de informação quântica (QIP) tem-se vindo a tornar progressivamente mais popular à medida que mais aplicações com relevância prática para a sociedade são desenvolvidas. Isto resulta num aumento da procura por profissionais com conhecimento de QIP, que as faculdades têm dificuldade a acompanhar, uma vez que experiências de QIP requerem instrumentação altamente especializada e complexa. Isto faz com que RMN seja uma plataforma atrativa para introduzir estudantes a QIP experimental, pois a maioria das universidades disponibiliza acesso a espetrómetros de RMN. Este trabalho consiste numa introdução experimental a QIP em RMN líquido.

Duas amostras de clorofórmio líquido são usadas, uma reforçada com 13C e outra com 12C, que correspondem a sistemas de 2-qubits e 1-qubit, respetivamente. Começa-se por apresentar a teoria de QIP de 1 e 2-Qubits em RMN líquido, descrevendo a preparação de estados pseudo-puros, a implementação de portas lógicas quânticas de 1 e 2 qubits e o mecanismo de leitura. Quanto à parte experimental, implementa-se diversas portas de 1-qubit no sistema de 1-qubit.

No sistema de 2-qubits, mede-se os tempos de relaxação T1, T2 e T2* e faz-se experiências onde se implementa a porta CNOT, e unitários de geração de entrelaçamento quântico e de transferência quântica de estados, obtidos a partir de uma CTQW em quadrados de lados sinalizados. As experiências de implementação de portas de 1-qubit e CNOT indicam que temos experimentalmente universalidade de portas de 2-qubits. Um pacote de Mathematica foi desenvolvido com funcionalidades que apoiam o trabalho teórico e experimental.