Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Quantum heat engines and energy uctuations in many-body systems
ALBA MARCELA HERRERA TRUJILLO
TESE
09/11/2017

O objetivo principal de nossa pesquisa de doutorado foi ampliar a nossa visão sobre a termodinâmica de não equilibrio na escala quântica, que esta sendo conhecida como Termodinâmica Quântica. A pesquisa nesta área tem se tornado nos últimos anos muito atraente, devido a sua forte conexão com a informação quântica e ao impacto que poderia ter no desenvolvimento de novas tecnologias. Nas escalas em que as tecnologias quânticas estão sendo desenvolvidas, as flutuações de energia são relevantes e um marco teórico diferente e necessário para defi nir quantidades termodinâmicas como trabalho e calor. Sob este cenário e que a termodinâmica quântica emerge e ela esta intrinsecamente associada aos limites das tecnologias quânticas. Nesta tese de doutorado, apresentamos alguns avancos teoricos e experimentais na area ja mencionada. Nos focamos em questóes relacionadas ao desempenho de uma maquina quântica térmica e a termodinâmica fora do equilíbrio em sistemas de muitos corpos. Em particular, apresentamos uma implementação experimental de uma maquina térmica quântica que realiza o ciclo de Otto quântico. Tal experimento foi realizado por meio de um espectrômetro de RMN. Explorando conceitos como evoluções super adiabáticas e temperatura negativa, mostramos que e possível melhorar o desempenho da maquina térmica quântica, aumentando a sua eficiência e a sua geração de potência. Também neste contexto, analisamos características não-clássicas do ciclo de Otto quântico usando a medida experimental da desigualdade de Legget-Garg. Na ultima parte da tese, discutiremos dois métodos propostos para descrever quantidades termodinâmicas para sistemas de muitos corpos interagentes fora do equilbrio. Esses metodos foram inspirados a partir de ferramentas da Teoria do Funcional da Densidade. Um dos métodos e de nido considerando o esquema de Kohn-Sham para aproximar a dinâmica do sistema e assim poder evitar os problemas de lidar com interações reais de muitos corpos. Testamos esse método usando o modelo de Hubbard com duas partculas. O outro metodo e um esquema experimental proposto para investigar as flutuações de energia, em particular, para obter as probabilidades de transição entre os autoestados do hamiltoniano. A matriz de probabilidades de transição e uma quantidade muito importante que nos permite acessar as propriedades estocasticas do sistema.

Termodinâmica Quântica;Informação Quântica;Ressonância Magnética Nuclear;Teoria do Funcional da Densidade
The main purpose of our doctoral research has been broadening our insight into the nonequilibrium thermodynamics at the quantum scale, which is becoming to be known as Quantum Thermodynamics. The research in this emerging area has been gaining appeal during the last years, due to its strong connection with quantum information and the impact that it could have in the development of new technologies. In the scales where quantum technologies are being developed energy uctuations start to become relevant and a dierent framework is necessary to de ne thermodynamic quantities as work and heat. Under this scenario quantum thermodynamics emerges and it is intrinsically associated to the limits of quantum technologies. In this PhD thesis, we present some theoretical and experimental advances in the aforementioned area. We focus on issues related to the performance of a quantum heat engine and the out-of-equilibrium thermodynamics of many-body systems. In particular, we report an experimental implementation of a quantum heat engine employing the quantum Otto cycle by means of a NMR setup. Exploiting concepts as super-adiabatic evolutions and negative temperature, we show that it is possible to improve the performance of the quantum heat engine, improving its eciency and increasing its power generation. Also in this context, we analyzed non-classical features of the quantum Otto cycle by the experimental measurement of the Legget-Garg inequality. In the last part, we will discuss two proposed methods to describe thermodynamic quantities for out-of-equilibrium interacting many-body systems using tools inspired by Density Functional Theory (DFT). One of the methods is de ned considering a Kohn-Sham approach to approximate the system dynamics and allow us to avoid the problems of dealing with actual many-body interactions. We test such method using a driven Hubbard dimer at half lling. The other method is an experimental scheme proposed to investigate energy uctuations, in particular, to obtain transition probabilities between energy eigenstates. The transition probability matrix is a very important quantity that enables us to access the statistical properties of the system.
Quantum Thermodynamics;Quantum Information;Nuclear Magnetic Resonance;Density Functional Theory
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INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

FÍSICA
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Banca Examinadora

ROBERTO MENEZES SERRA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
FREDERICO BORGES DE BRITO Participante Externo
MARCELO SILVA SARANDY Participante Externo
FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO Docente - PERMANENTE
LUCIANO SOARES DA CRUZ Docente - COLABORADOR

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Doutorado no País GD 21
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 2
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 13

Vínculo

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Não