(43ª) Defesa de Dissertação de Mestrado, de Kaonan Campos Micadei Bueno

(43ª) Defesa de Dissertação de Mestrado, de Kaonan Campos Micadei Bueno

  

Data Defesa:  18/07/2013 - Horário: 14h

Local: Sala 303 - 3º andar - Bloco B – Campus UFABC Santo André.

 

Título:  Interações coerentes e limites termodinâmicos em metrologia quântica

 

 

Resumo:

O foco de estudo da metrologia quântica é a precisão com a qual podemos obter informação a respeito de um determinado parâmetro de um sistema quântico. Há uma estreita conexão entre metrologia quântica e a assim chamada Ciência da Informação Quântica. Tipicamente utiliza-se fases relativas em estados de superposição para codificar informação em sistemas físicos. Para decodificar este tipo de informação, tais fases devem ser estimadas de forma precisa. Essa leitura de dados não é realizada diretamente, mas sim implementada através da analise de distribuições de probabilidade em um esquema de medida adequado. Por isso é fundamental que as medidas sejam feitas de forma a otimizar os resultados. Essa conexão entre teoria de informação e metrologia quântica sugerem que ao se avançar o conhecimento sobre a origem da vantagem quântica em protocolos de estimação de parâmetros obteremos insights valiosos em informação quântica.

A teoria de estimação oferece ferramentas capazes de determinar as melhores estratégia para um dado processo de medida, por meio de uma grandeza conhecida como informação de Fisher. Tal grandeza permite mensurar a capacidade que um sistema de prova tem de codificar informação sobre um determinado parâmetro. Assim, é possível determinar a combinação ótima de estado de prova quântico e o protocolo que fornece a melhor precisão.

Além de fornecer uma ferramenta para otimizar um protocolo quântico, a informação de Fisher quântica permite estudar como os diferentes tipos de correlações não clássicas no estado de prova, tais como: a discórdia quântica e o emaranhamento, influenciam a precisão de um protocolo de estimação. Não somente as correlações presentes inicialmente no sistema de prova, como também as correlações que são produzidas ou consumidas durante o processo de codificação desempenham um papel na efetividade de um processo de estimação.

Nesse contexto, estudamos o papel desempenhado por correlações não clássicas no estado de prova em três situações distintas, a saber: i) avaliamos a efeito da decoerência sobre o estado de prova na precisão de um protocolo de sincronização. Verificamos que nesse caso dependendo da quantidade de ruído introduzido pela decoerência estados de prova com emaranhamento e estados separáveis discordantes apresentam a mesma vantagem sobre protocolos clássicos. Demonstrando portanto que emaranhamento não é uma condição essencial para se obter vantagem quântica sobre um protocolo clássico. ii) Considerando estados de prova com certo ruído branco mostramos (teoricamente e experimentalmente) que as interações capazes de manipular as correlações não clássicas, tais como interações coerentes, são responsáveis pela vantagem quântica neste contexto ruidoso.

Introduzimos uma grandeza que quantifica a vantagem obtida através de interações coerentes, denominada Informação de Fisher Discordante. Tal grandeza quantifica a equivalência entre as versões clássica e quântica de teoria de estimação. Verificamos experimentalmente tal resultado e em particular mostramos que é possível bater o limite do “shot noise” em um cenário com alto nível de ruído, empregando um simulador quântico molecular em ressonância magnética nuclear (RMN) a temperatura ambiente. iii) Finalmente, introduzimos um princípio físico fundamental conectando a precisão na estimativa de um parâmetro e seu custo termodinâmico em termos do trabalho dissipado durante a realização do protocolo metrológico. Tal custo termodinâmico se deve a irreversibilidade lógica de processos físicos reais e imperfeitos.

Mostramos que a precisão na estimativa de um parâmetro não é somente limitada pela resolução dos aparelhos utilizados mas fundamentalmente, pela segunda lei da termodinâmica. Estes resultados elucidam alguns aspectos a respeito da origem da vantagem quântico em processos de estimação de parâmetros e devem ter grande impacto no desenvolvimento de novas tecnologias quânticas.

 

Candidato: Kaonan Campos Micadei Bueno

Orientador: Prof. Dr. Roberto Menezes Serra

  

Banca Examinadora

Titulares

  • Orientador: Prof. Dr. Roberto Menezes Serra - UFABC           
  • Prof. Dr. Marcelo Silva Sarandy - UFF
  • Prof. Dr. Diogo de Oliveira Soares Pinto – USP

Suplentes

  • Prof. Dr. Fernando Luis Semião da Silva - UFABC
  • Prof. Dr. André Gustavo Scagliusi Landulfo - UFABC

 

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