Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coulamy, Ivan Berbert
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/7657
Resumo: Nessa tese estudamos propriedades das dinâmicas adiabática e diabática de sistemas quânticos de muitos corpos. Como aplicação, investigamos formulações Hamiltonianas para o problema da busca quântica e a aplicação de atalhos para adiabaticidade em um gás unitário quântico que imita em tempo finito exatamente uma evolução adiabática. Primeiro examinamos as correlações quânticas mensuradas pela local quantum uncertainty (LQU) em uma cadeia de spins implementando a versão adiabática da busca quântica. Obtemos o valor exato da correlação entre um spin e um bloco de L spins para diversos valores de L ao longo da evolução. Nós mostramos que a LQU apresenta um comportamento característico no ponto de transição de fase quântica. Em seguida estudamos os erros ocorridos numa implementação em tempo finito da busca quântica com uma forma análoga ao mecanismo de Kibbe-Zurek (KZM em inglês) porém aplicada a transições quânticas de primeira ordem. É demonstrado que a formação de kinks segue uma lei exponencial, e são comparadas as dinâmicas de estrategias local e global para adiabaticidade. Finalmente, encontramos um sistema em que atalhos para adiabaticidade podem ser implementados em laboratório com tecnologia atual e os erros causados por excitações são suprimidos. Isso é demonstrado ao estudarmos a implementação em tempo finito da expansão de uma nuvem de gás quântico unitário em um motor termodinâmico.
id UFF-2_0b11dba852be7759c7ec330eec36657f
oai_identifier_str oai:app.uff.br:1/7657
network_acronym_str UFF-2
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
repository_id_str 2120
spelling Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systemsMecânica quânticaInformação quânticaAdiabaticidade quânticaBusca quânticaProdução intelectualNessa tese estudamos propriedades das dinâmicas adiabática e diabática de sistemas quânticos de muitos corpos. Como aplicação, investigamos formulações Hamiltonianas para o problema da busca quântica e a aplicação de atalhos para adiabaticidade em um gás unitário quântico que imita em tempo finito exatamente uma evolução adiabática. Primeiro examinamos as correlações quânticas mensuradas pela local quantum uncertainty (LQU) em uma cadeia de spins implementando a versão adiabática da busca quântica. Obtemos o valor exato da correlação entre um spin e um bloco de L spins para diversos valores de L ao longo da evolução. Nós mostramos que a LQU apresenta um comportamento característico no ponto de transição de fase quântica. Em seguida estudamos os erros ocorridos numa implementação em tempo finito da busca quântica com uma forma análoga ao mecanismo de Kibbe-Zurek (KZM em inglês) porém aplicada a transições quânticas de primeira ordem. É demonstrado que a formação de kinks segue uma lei exponencial, e são comparadas as dinâmicas de estrategias local e global para adiabaticidade. Finalmente, encontramos um sistema em que atalhos para adiabaticidade podem ser implementados em laboratório com tecnologia atual e os erros causados por excitações são suprimidos. Isso é demonstrado ao estudarmos a implementação em tempo finito da expansão de uma nuvem de gás quântico unitário em um motor termodinâmico.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoIn this thesis we study properties of the adiabatic and diabatic dynamics of many body quantum systems. As a test bed, we investigate Hamiltonian formulations for the quantum search algorithm and the application of shortcuts to adiabaticity in a unitary quantum gas to mimic an exact adiabatic evolution in finite time. First we examine the quantum correlations as measured by the local quantum uncertainty (LQU) in a spin chain implementing the adiabatic quantum search algorithm. We obtain the exact value of the correlation measure between a single spin and a block of L spins with many different values of L throughout the evolution. We show that the LQU exhibits pronounced behaviour at the quantum phase transition. Next we study the errors occurring in a finite-time implementation of the quantum search with an analogy to the Kibble-Zurek mechanism but related to first order quantum phase transitions. We show that the formation of kinks follow an exponential law, we also compare the exact dynamic of global and local adibaticity strategies. Finally we find a system where shortcuts to adiabaticity can be implemented with current technology and the errors due to excitations are thus removed. We show this by examining a finite-time expansion stroke of a thermodynamic engine operating on a cloud of a unitary quantum gas.NiteróiSarandy, Marcelo SilvaSarandy, Marcelo SilvaBrito, Frederico Borges deSarthour Júnior, Roberto SilvaGalvão, Ernesto FagundesHuguenin, Jose Augusto OliveiraMelo, Fernando da Rocha Vaz Bandeira deSilva, Marcos Sérgio Figueira daOliveira, Thiago Rodrigues deCoulamy, Ivan Berbert2018-09-24T18:45:02Z2018-09-24T18:45:02Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://app.uff.br/riuff/handle/1/7657Aluno de doutoradoopenAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/CC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessengreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2020-07-27T17:11:48Zoai:app.uff.br:1/7657Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202020-07-27T17:11:48Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false
dc.title.none.fl_str_mv Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
title Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
spellingShingle Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
Coulamy, Ivan Berbert
Mecânica quântica
Informação quântica
Adiabaticidade quântica
Busca quântica
Produção intelectual
title_short Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
title_full Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
title_fullStr Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
title_full_unstemmed Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
title_sort Adiabatic dynamics and shortcuts to adiabaticity in many-body systems
author Coulamy, Ivan Berbert
author_facet Coulamy, Ivan Berbert
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Sarandy, Marcelo Silva
Sarandy, Marcelo Silva
Brito, Frederico Borges de
Sarthour Júnior, Roberto Silva
Galvão, Ernesto Fagundes
Huguenin, Jose Augusto Oliveira
Melo, Fernando da Rocha Vaz Bandeira de
Silva, Marcos Sérgio Figueira da
Oliveira, Thiago Rodrigues de
dc.contributor.author.fl_str_mv Coulamy, Ivan Berbert
dc.subject.por.fl_str_mv Mecânica quântica
Informação quântica
Adiabaticidade quântica
Busca quântica
Produção intelectual
topic Mecânica quântica
Informação quântica
Adiabaticidade quântica
Busca quântica
Produção intelectual
description Nessa tese estudamos propriedades das dinâmicas adiabática e diabática de sistemas quânticos de muitos corpos. Como aplicação, investigamos formulações Hamiltonianas para o problema da busca quântica e a aplicação de atalhos para adiabaticidade em um gás unitário quântico que imita em tempo finito exatamente uma evolução adiabática. Primeiro examinamos as correlações quânticas mensuradas pela local quantum uncertainty (LQU) em uma cadeia de spins implementando a versão adiabática da busca quântica. Obtemos o valor exato da correlação entre um spin e um bloco de L spins para diversos valores de L ao longo da evolução. Nós mostramos que a LQU apresenta um comportamento característico no ponto de transição de fase quântica. Em seguida estudamos os erros ocorridos numa implementação em tempo finito da busca quântica com uma forma análoga ao mecanismo de Kibbe-Zurek (KZM em inglês) porém aplicada a transições quânticas de primeira ordem. É demonstrado que a formação de kinks segue uma lei exponencial, e são comparadas as dinâmicas de estrategias local e global para adiabaticidade. Finalmente, encontramos um sistema em que atalhos para adiabaticidade podem ser implementados em laboratório com tecnologia atual e os erros causados por excitações são suprimidos. Isso é demonstrado ao estudarmos a implementação em tempo finito da expansão de uma nuvem de gás quântico unitário em um motor termodinâmico.
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018-09-24T18:45:02Z
2018-09-24T18:45:02Z
2018
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://app.uff.br/riuff/handle/1/7657
Aluno de doutorado
url https://app.uff.br/riuff/handle/1/7657
identifier_str_mv Aluno de doutorado
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
CC-BY-SA
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
CC-BY-SA
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Niterói
publisher.none.fl_str_mv Niterói
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)
instacron:UFF
instname_str Universidade Federal Fluminense (UFF)
instacron_str UFF
institution UFF
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)
repository.mail.fl_str_mv riuff@id.uff.br
_version_ 1802135249753210880

Registros relacionados