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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Educação Presencial
DINÂMICAS ABERTAS COM TECNOLOGIAS QUÂNTICAS CONTROLÁVEIS
WALLACE SANTOS TEIXEIRA
TESE
29/07/2021

Sistemas quânticos estão sempre sujeitos ao fenômeno de decoerência, que corresponde à perda irreversível da coerência da superposição de estados em uma determinada base. Esta ocorre devido a flutuações estocásticas em parâmetros do Hamiltoniano do sistema, ou, de um ponto de vista mais elementar, através da interação do sistema com o ambiente, configurando, assim, uma dinâmica aberta. No entanto, o crescente controle experimental de sistemas quânticos em tecnologias atuais, como circuitos supercondutores e armadilhas de íons, tem permitido minimizar os efeitos da decoerência, ou até mesmo utilizar o ambiente como uma ferramenta para determinadas tarefas, como a geração de estados quânticos e a obtenção de novos regimes termodinâmicos. Tal possibilidade de controle no âmbito quântico surge naturalmente como motivação para a geração de dinâmicas quânticas abertas com propriedades específicas. Diante deste contexto, este trabalho visa a elaboração e a análise acurada de modelos microscópicos de dinâmicas abertas que podem ser implementadas experimentalmente com as tecnologias quânticas supracitadas, por exemplo. Especificamente, nesta tese abordamos diferentes perspectivas relacionadas às dinâmicas abertas como: (i) a análise da defasagem pura em um qubit proporcionada por um ambiente estruturado finito; (ii) a engenharia de reservatórios Markovianos para um íon aprisioinado através de um modelo colisional de decoerência e (iii) a sua aplicação em um ciclo quântico de Otto; (iv) a utilização de uma equação de Liouville-von Neumann estocástica para a checagem da validade da equação de Lindblad para um qubit forçado dissipativo no âmbito de circuitos supercondutores. Enquanto que no item (i) investigamos aspectos fundamentais sobre decoerência, como a sua dependência com a estrutura e o número de elementos no ambiente, nos itens (ii) e (iii) revisitamos a geração assintótica de estados vibracionais do íon por uma abordagem alternativa, levando em consideração a interação pulsada do íon com campos clássicos. Por fim, no item (iv) discorremos sobre a importância da correta caracterização de parâmetros experimentais muitas vezes não capturada por abordagens perturbativas de dinâmicas abertas.

Sistemas quânticos abertos;Decoerência;Interações controladas;Engenharia de reservatório;Tecnologias quânticas
Quantum systems are always subjected to decoherence, which corresponds to the irreversible loss of coherence of superposition of states in a given basis. This occurs due to stochastic fluctuations in the system’s Hamiltonian parameters, or from a more elementary point of view, through the interaction of the system with the environment, thus comprising an open dynamics. However, the increasing experimental control of quantum systems in current technologies, such as superconducting circuits and ion traps, has allowed one to minimize the effects of decoherence, or even use the environment as a tool for certain tasks, such as the quantum state generation and the exploration of new thermodynamical regimes. Such possibility of control in the quantum scope naturally motivates the generation of open quantum dynamics with specific properties. In this context, this work aims at the elaboration and accurate analysis of microscopic models of open dynamics that can be experimentally implemented with the aforementioned quantum technologies, for instance. Specifically, in this thesis we approach different perspectives related to open dynamics, such as: (i) the analysis of pure dephasing on a qubit provided by a finite structured environment; (ii) the engineering of Markovian reservoirs for a trapped ion through a collisional model for decoherence and (iii) its application to an Otto quantum cycle; (iv) the use of a stochastic Liouville-von Neumann equation to check the validity of the Lindblad equation for a dissipative driven qubit within superconducting circuits. While in item (i) we investigate fundamental aspects of decoherence, such as its dependence on the structure and number of elements in the environment, in items (ii) and (iii) we alternatively approach the asymptotic generation of vibrational states, by taking into account the pulsed interaction of the ion with classical fields. Finally, in item (iv) we discuss the importance of the correct characterization of experimental parameters which may not be captured by perturbative approaches for open dynamics.
Open quantum systems;Decoherence;Controlled interactions;Reservoir engineering;Quantum technologies
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
(II) Tese - Wallace Santos Teixeira.pdf

Contexto

FÍSICA
INFORMAÇÃO QUÂNTICA
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Banca Examinadora

FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
GABRIEL TEIXEIRA LANDI Participante Externo
FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO Docente - PERMANENTE
RAFAEL ROTHGANGER DE PAIVA Participante Externo
FAGNER MURUCI DE PAULA Participante Externo
NADJA KOLB BERNARDES Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - Bolsa de Doutorado 44

Vínculo

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Sim
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