Banca de DEFESA: CARLOS HENRIQUE DA SILVA VIEIRA

Uma banca de DEFESA de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : CARLOS HENRIQUE DA SILVA VIEIRA
DATA : 15/12/2023
HORA: 08:30
LOCAL: Online
TÍTULO:

Investigações Experimentais sobre Flutuações, Incertezas e Limites em Termodinâmica Quântica

PÁGINAS: 150
RESUMO:

Estamos presenciando o surgimento e o desenvolvimento acelerado da era que convencionou-se chamar de NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum Technologies), na qual computadores quânticos, sistemas de comunicação quântica e sensores quânticos começam a ser comercializados e atraem grandes investimentos governamentais e corporativos. Por outro lado, a termodinâmica estabelece limites fundamentais aos regimes de operação e trocas energéticas em diferentes tecnologias, incluindo tecnologias quânticas emergentes. Neste último caso, dinâmicas de não equilíbrio, flutuações de energia e aleatoriedade estão presentes e desempenham um papel fundamental.

A área de pesquisa que tem se debruçado sobre estes temas tem sido chamada de Termodinâmica Quântica. Técnicas modernas de manipulação de sistemas quânticos nos permitem acessar experimentalmente estados microscópicos e sistemas individuais, explicitando o papel da teoria da informação em diferentes protocolos. Nesse contexto, por exemplo, é possível criar diferentes sabores de demônios de Maxwell no laboratório que de um ponto de vista moderno podem ser reconhecidos como mecanismos microscópicos de controle e feedback/feedfoward. Também é possível explorar coerência quântica e correlações não clássicas para realizar processos/protocolos termodinâmicos quânticos que seriam impossíveis no cenário clássico (relacionados à chamada vantagem quântica). A necessidade de avanços em nossa compreensão a respeito de Termodinâmica Quântica tem sido reconhecida como um passo importante para o aprimoramento de tecnologias quânticas emergentes e eventual entendimento de seus limites.

Em sistemas quânticos pequenos fora do equilíbrio, quantidades como trabalho, calor e produção entropia adquirem um caráter estocástico e estão associadas à distribuições de probabilidades regidas por teoremas ou relações de flutuação. Nesta tese, apresentamos algumas contribuições experimentais originais para a área de termodinâmica quântica empregando qubits de spins em ressonância magnética nuclear (RMN). A primeira contribuição, concentra-se na verificação de teoremas de flutuação detalhados em um cenário quântico que possui um processo de controle e feedback. Apesar de existirem estudos teóricos a respeito destas relações, no melhor de nosso conhecimento, nosso trabalho representa a primeira verificação experimental de tais relações no regime quântico. A segunda contribuição, concentra-se em testar experimentalmente a robustez de um conjunto de desigualdades, que estabelecem conexões entre as flutuações de quantidades termodinâmicas e produção de entropia durante um dado protocolo, conhecidas como relações de incerteza termodinâmicas (TURs). Nesse caso consideramos novamente um processo envolvendo controle e feedback. Por fim, apresentamos uma investigação experimental a respeito do teorema do calor de Nernst, relacionado à uma formulação da terceira lei e aos limites impostos pela termodinâmica para inicialização de um dispositivo quântico no seu estado fundamental. Argumentamos que consequências oriundas dos limites impostos pela terceira lei devem ter impacto substancial no desenvolvimento de novas tecnologias quânticos e precisam ser endereçadas em investigações futuras.

Esperamos que os resultados desenvolvidos nessa tese, contribuam para o avanço e a compreensão a respeito de flutuações de energia e limites impostos pela descrição termodinâmica de sistemas no regime quântico.

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - Interno ao Programa - 1544235 - ROBERTO MENEZES SERRA
Membro Titular - Examinador(a) Interno ao Programa - 3065679 - BRENO MARQUES GONCALVES TEIXEIRA
Membro Titular - Examinador(a) Externo à Instituição - CAMILLE LOMBARD LATUNE
Membro Titular - Examinador(a) Externo à Instituição - ROBERTO SILVA SARTHOUR JUNIOR - CBPF
Membro Titular - Examinador(a) Externo à Instituição - THIAGO RODRIGUES DE OLIVEIRA - UFF
Membro Suplente - Examinador(a) Interno ao Programa - 1838185 - FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO
Membro Suplente - Examinador(a) Externo à Instituição - NORTON GOMES DE ALMEIDA - UFG
Membro Suplente - Examinador(a) Externo à Instituição - SÉRGIO RICARDO MUNIZ - USP