Características quânticas de sistemas compostos: geometria, dinâmica e termodinâmica

Resumo

A ciência da informação quântica é uma área do conhecimento de recente desenvolvimento. Ela se baseia no estudo da Física das propriedades quânticas de sistemas compostos que permitem novas e mais eficientes formas de codificar, processar e distribuir a informação entre as partes. Apesar do rápido crescimento da área nas últimas duas décadas, principalmente no que diz respeito ao desenvolvimento de tecnologias comercializáveis relacionadas à criptografia e à computação, a fragilidade aos efeitos da decoerência na maior parte dos recursos quânticos tem dificultado o desenvolvimento em larga escala de redes de comunicação quânticas seguras. Neste projeto discutiremos ideias relacionadas tanto a fundamentos quanto a aplicações da Física da Informação Quântica. No que se refere a fundamentos, investigaremos problemas relacionados à geração de dinâmicas não-Markovianas, à conexão entre geometria de estados quânticos e à termodinâmica fora do equilíbrio e, por fim, o papel do tempo na teoria quântica através de um modelo de relógio quântico. Na abordagem referente às aplicações, investigaremos como uma quantidade metrológica pode ser usada para inferir o grau de correlação de um estado quântico, assim como o efeito de uma dinâmica não-Markoviana na eficiência de uma máquina térmica quântica, a implementação de um protocolo de metrologia quântica sequencial para estimar a temperatura de um banho térmico e, finalmente, como classificar a dinâmica de um sistema através de relações de flutuação. Em alguns desses tópicos, utilizaremos simuladores quânticos baseados em sistemas de Ressonância Magnética Nuclear à temperatura ambiente como protótipos para testes em condições realísticas. (AU)