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Tipo: Tese
Título: Phase Space Displacement, Quadrature Squeezing and Temperature Estimation from the Fock Distribution for 1-Mode Gaussian States
Autor(es): Bezerra, Italo Pereira
Orientador: Vasconcelos, Hilma Helena Macedo de
Coorientador: Glancy, Scott Charles
Palavras-chave em português: Estados Gaussianos.;Temperatura.;Compressão.;Estimativa.;Computação quântica;Teleinformática
Palavras-chave em inglês: Gaussian states.;Temperature.;Squeezing.;Squeezing.
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2023
Citação: BEZERRA, I. P. Phase Space Displacement, Quadrature Squeezing and Temperature Estimation from the Fock Distribution for 1-Mode Gaussian States. 2023. 70f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: Apresentamos um método para estimar a quantidade de deslocamento, compressão e temperatura do estado de um oscilador harmônico de 1-modo com base nos mínimos quadrados ponderados e nos estimadores de máxima verossimilhança aplicados às medidas de populações dos estados de Fock e às medições de fluorescência. Deslocamento, compressão e temperatura, ou equivalentemente a média das quadraturas e suas variâncias, são parâmetros de estado essenciais usados na computação quântica e em vários protocolos de comunicação e detecção. Eles são frequentemente medidos com detecção de estilo homódino, que requer uma referência de fase, como um oscilador local. Nosso método permite estimativa sem referência de fase, usando, por exemplo, um detector de resolução de número de fótons. Para avaliar o desempenho do nosso estimador, simulamos experimentos com diferentes valores de deslocamento, compressão, fase e temperatura. Primeiro, simulamos experimentos de medição da população Fock. A partir de 10.000 eventos de medição de Fock produzimos estimativas para estados cujas fidelidades em relação ao estado verdadeiro são superiores a 99,99% para pequena compressão (r < 1,0), e para alta compressão (r = 2,5) obtemos fidelidades superiores a 99,9%. Também relatamos intervalos de confiança e suas probabilidades de cobertura e erro quadrático médio e suas probabilidades de cobertura. Também simulamos experimentos de medição de fluorescência para diferentes estados de movimento de um íon aprisionado. A estimação conjunta de conjuntos de dados para diferentes fases relativas ajudou a diminuir significativamente a incerteza nas estimativas. Com base na análise de dados reais propusemos uma correção ao modelo que descreve a probabilidade de medir o íon no estado de spin down.
Abstract: We present a method to estimate the amount of displacement, squeezing and temperature of a single-mode harmonic oscillator state based on both the weighted least squares and maximum likelihood estimators applied to measured Fock state populations and fluorescence measurements. Displacement, squeezing and temperature, or equivalently the mean of the quadratures and its variances, are essential state parameters used in quantum computation and various communication and sensing protocols. They are often measured with homodyne-style detection, which requires a phase reference such as a local oscillator. Our method allows estimation without a phase reference, by using for example a photon-number-resolving detector. To evaluate the performance of our estimator, we simulated experiments with different values of displacement, squeezing, phase and temperature. First, we simulate Fock population measurement experiments. From 10,000 Fock measurement events we produced estimates for states whose fidelities to the true state are greater than 99.99% for small squeezing (r < 1.0), and for high squeezing (r = 2.5) we obtain fidelities greater than 99.9%. We also report confidence intervals and their coverage probabilities, mean squared error and their coverage probabilities. We also simulate fluorescence measurement experiments for different motional states of a trapped ion. Jointly fitting datasets for different relative phases helped to decrease significantly the uncertainty on the estimates. Based on the analysis of real data we proposed a correction to the model that describes the probability of measuring the ion on the spin down state.
Descrição: Bezerra, I. P. Phase Space Displacement, Quadrature Squeezing and Temperature Estimation from the Fock Distribution for 1-Model Gaussian States. 2023. 71 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74757
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0654896068407869
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4017025843870236
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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