Tratamento perturbativo de processos fora do equilíbrio na cadeia Ising quântica
| Autor: | Soriani, Artur, 1994 |
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| Přispěvatelé: | Bonança, Marcus Vinicius Segantini, 1977, Doretto, Ricardo Luís, Koning, Maurice de, Rigolin, Gustavo Garcia, Ângelo, Renato Moreira, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Física Gleb Wataghin, Programa de Pós-Graduação em Física, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS |
| Rok vydání: | 2022 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientador: Marcus Vinicius Segantini Bonança Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Nas últimas décadas, tecnologias recém-desenvolvidas possibilitaram a manipulação de sistemas físicos em nanoescala com acurácia sem precedentes. Tais sistemas são pequenos o suficiente a ponto de necessitarem descrições quântico-mecânicas de suas características estáticas e dinâmicas. Frequentemente, os procedimentos de manipulação citados naturalmente levam o sistema para fora do equilíbrio com protocolos a tempo finito, apresentando situações de complexidade consideravelmente maiores quando comparada a cenários de equilíbrio. Como consequência destes desenvolvimentos experimentais, muitas técnicas teóricas foram propostas para controlar tais sistemas pequenos e alcançar objetivos específicos. A presente tese se alinha com as tentativas recentes de avançar o entendimento de fenômenos quânticos surgindo de processos fora do equilíbrio. Nós elaboramos uma abordagem geral para o tratamento de sistemas quânticos termicamente isolados, que evoluem sob dinâmica unitária. Para melhor compreensão das propriedades físicas, nós empregamos teorias perturbativas, a saber, a teoria de perturbação adiabática e a teoria de resposta linear, de modo a obter resultados independentes de sistema. A primeira destas duas teorias é adequada para a investigação de processos de variação lenta, enquanto que a segunda é projetada para a análise de processos de variação fraca. As características de manipulação a tempo finito que estudamos aqui incluem: o custo energético da manipulação, quantificada em trabalho excedente dado ao sistema; a capacidade do sistema seguir seus estados adiabáticos a tempo finito, reproduzindo os estados de uma evolução infinitamente lenta; e a possibilidade de acompanhar a equação de estado termodinâmica do sistema em processos fora do equilíbrio. Todos estes aspectos são exemplificados usando a cadeia Ising quântica, um sistema com aplicações experimentais atualmente relevantes Abstract: In the last decades, newly-developed technologies have enabled the manipulation of nanoscale physical systems with unprecedented accuracy. Such systems are small enough to the point of requiring quantum mechanical descriptions of its static and dynamic features. Frequently, the aforementioned manipulation procedures naturally take the system out of equilibrium with finite-time protocols, presenting situations of considerably higher complexity when compared to equilibrium scenarios. As a consequence of these experimental developments, many theoretical techniques have been proposed to control such small systems and achieve specific goals. The present thesis aligns with the recent effort to advance the understanding of quantum phenomena arising from non-equilibrium processes. We elaborate a general framework for the treatment of thermally isolated quantum systems, which evolve under unitary dynamics. For deeper insight of the physical properties, we employ perturbative theories, namely, adiabatic perturbation theory and linear response theory, in order to obtain system-independent results. The first of these two theories is suited for investigating slowly varying processes, while the second is designed towards the analysis of weakly varying processes. The characteristics of finite-time manipulation we study here include: the energetic cost of the manipulation, quantified in the excess work given to the system; the capacity of the system to follow its adiabatic states in finite time, reproducing the states of infinitely slow evolutions; and the possibility of tracking the system’s thermodynamic equation of state in non-equilibrium processes. All of these aspects are exemplified using the quantum Ising chain, a system with currently-relevant experimental applications Doutorado Física Doutor em Ciências CNPQ 140549/2018-8 Funcamp 2146-22 |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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