Estudos sobre relações de flutuações quânticas usando Qubits supercondutores

Resumo

Avanços na fabricação e controle de sistemas em escalas micro e nanométricas têm proporcionado uma série de experimentos elaborados para explorar os conceitos da teoria quântica em um dos seus limites mais importantes: a dinâmica dissipativa de uma partícula quântica. Dentre os sistemas físicos propostos até então, aqueles envolvendo dispositivos supercondutores têm se destacado especialmente pelo controle e diversidade de aplicação alcançados. De fato, recentes experimentos têm demonstrado que tais sistemas podem ser construídos, por exemplo, para se comportarem como átomos artificiais, cujas características podem ser alteradas in situ, ou para codificarem os elementos chave para a implementação da computação quântica: o bit quântico. No aspecto teórico, tais observações experimentais têm fomentado de maneira apreciável a investigação da dinâmica de sistemas quânticos dissipativos. Em especial, uma crescente atenção tem ocorrido para estudos relacionando flutuações observadas em sistemas fora do equilíbrio com variações de grandezas termodinâmicas. Tais resultados têm sido denominados como Teoremas de Flutuações e têm na igualdade de Jarzynski, uma igualdade relacionando a diferença de energia livre entre estados de equilíbrio com a média da exponencial do trabalho realizado no processo imposto ao sistema, o seu maior paradigma. Além disso, o que se verificou nas duas últimas décadas é que o estudo de teoremas de flutuações proporcionou um refinamento no entendimento da segunda lei da termodinâmica e irreversibilidade. O projeto apresentado propõe uma colaboração teórico-experimental para abordar teoremas de flutuações em sistemas quânticos dissipativos. O sistema escolhido para a condução da investigação será o de circuitos contendo dispositivos supercondutores que, por apresentarem facilidade de design, fabricação e controle, representam candidatos naturais para esta finalidade. Além disso, todos os pesquisadores envolvidos apresentam mais de cinco anos de experiência na área. O mérito desta proposta é abordar problemas de fronteira do conhecimento ao tentar realizar a primeira verificação experimental de relações de flutuações para sistemas quânticos e apresentar protocolos teóricos que possam ser aplicados para casos gerais de sistemas abertos. (AU)