Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-31T02:56:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Decordi_GustavoLazero_D.pdf: 2456755 bytes, checksum: 42a17eacb2e1a86e81888e48272ed08e (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Estudamos nesta tese, sistemas quânticos compostos sob a influência de ambientes externos. Na primeira parte do trabalho, investigamos um sistema de dois qubits interagentes, estando um deles isolado e o outro acoplado a um banho térmico. Analisamos os efeitos da temperatura do banho sobre a dinâmica do sistema de dois qubits. Com essa finalidade, empregamos dois modelos distintos da interação sistema-ambiente: i) um modelo microscópico, no qual a equação mestra é obtida levando-se em conta o acoplamento entre os qubits na dedução do termo dissipativo, ii) um modelo fenomenológico, no qual o termo dissipativo é simplesmente adicionado ao termo unitário da equação de evolução do operador densidade. Obtemos soluções analíticas para os modelos, o que permitiu estudá-los em um intervalo considerável do acoplamento entre os qubits. Dedicamos a segunda parte do trabalho ao estudo de um sistema quântico em particular acoplado a um pequeno ambiente. Neste contexto, resolvemos exatamente o modelo da interação radiação-matéria conhecido como modelo de Tavis-Cummings a dois átomos. De posse das soluções, obtidas em circunstâncias bastante gerais e até então não encontradas na literatura, investigamos os efeitos oriundos da interação de um pequeno ambiente (átomo em estado de mistura estatística) sobre a dinâmica do subsistema composto pelo outro átomo acoplado ao modo do campo eletromagnético. Nós mostramos que propriedades não-clássicas associadas ao sistema principal podem ser significativamente degradadas pela ação do ambiente quando o átomo 2 está acoplado de maneira resonante ao campo. Encontramos que o comportamento não-clássico do sistema pode ser restaurado a medida que dessintonizamos o campo da frequência de transição do átomo 2, o ambiente / Abstract: We study in this thesis composite quantum systems under the influence of external environments. In the first part of this work, we investigate a two qubit interacting system having one of them isolated and the other coupled to a thermal bath. We analyze the effect of the temperature of the bath on the dynamics of the two qubit system. In order to do that, we consider two different models of system-reservoir interaction: i) a "microscopic" model, in which the master equation is derived taking into account the interaction between the two subsystems (qubits), ii) a "phenomenological" approach, in which the master equation consists of a dissipative term added to the unitary evolution term. We show that in the strong coupling regime between the subsystems (qubits), the expected thermal equilibrium steady state for the two-qubit system naturally arises in the framework of the microscopic model, while in the phenomenological approach it is obtained a steady state density operator which is not correct. Furthermore, the differences are even more profound in the weak coupling regime, when the models give rise to opposite behaviors with regard to the linear entropy of qubit 1. At the context of quantum systems coupled to environments with few degrees of freedom, we solve analytically the matter-radiation interaction model known as two atom Tavis-Cummings Model. With the solutions at hand, achieved in general circumstances until the present not found in literature, in which the constituent atoms may be coupled with different strengths to the field and also have different frequency detunings, we study the effects that arise from the interaction of a small environment (atom in a statistical mixture state) with the other atom coupled to an oscillator (cavity mode). We show that nonclassical features associated to the main system may be significantly degraded by the action of the small environment, if atom 2 is resonantly coupled to the field. We also demonstrate that the nonclassical behaviour of the system may be restored if we detune the field from the transition frequency of atom 2, the environment / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 899872/2011 / CAPES

Orientador: Marcos Cesar de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T17:07:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_ThiagoRodriguesde_D.pdf: 2410853 bytes, checksum: 48f52d2d48ef1be2ecb155881b8e16df (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Esta dissertação tenta contribuir ao entendimento das possíveis interconexões entre a Teoria de Informação Quântica e Matéria Condensada, um novo campo de pesquisa em amplo desenvolvimento. Mais especificamente, investigamos o papel do emaranhamento, ou correlações quânticas, em transições de fase quânticas contínuas. Enquanto o papel do primeiro na Teoria de Informação dispensa apresentação, as últimas são de grande interesse por exibir um comportamento universal, o qual se origina na divergência de um comprimento de correlação. É esta origem mútua em correlações de ambos os fenômenos que cria uma expectativa de uma possível relação entre estes. Nosso trabalho, embasado no estudo do modelo XY unidimensional em um campo transverso, aponta evidências de um favorecimento do emaranhamento multipartite em detrimento do bipartite na transição, e assim da importância do primeiro no estabelecimento de correlações de longo alcance. Nessa tarefa, acabamos por definir uma classe de medidas de emaranhamento multipartite, generalizando o Emaranhamento Global introduzido por Meyer e Wallach em2002. Mostramos que algumas destas classes provêem informações adicionais à do Emaranhamento Global, além de serem escritas de forma simples em termos de funções de correlação. Tal simplicidade permite o estabelecimento de uma relação formal entre uma dessas classes e transições de fase sinalizadas por divergências na energia. Ao final estudamos o papel da quebra de simetria no emaranhamento bipartite e multipartite, evidenciando, uma vez mais, a maior importância do último em relação ao primeiro. Em uma segunda parte, examinamos o uso de estados de produtos de matrizes na aproximação de estados fundamentais de sistemas críticos. Estes estados podem ser vistos como o ansatz utilizado no Grupo de Renormalização de Matriz Densidade (DMRG), quando este é encarado como um método variacional. Analisando o poder de aproximação de tais estados, agora no modelo de Ising, descobrimos que a "dimensão" do ansatz (ou número de graus de liberdade renormalizados) é uma variável relevante do grupo de renormalização de maneira análoga ao tamanho finito do sistema. Isto possibilita uma análise de escala em relação a essa "dimensão" dos estados de produto de matrizes, com uma possível obtenção de propriedades críticas a baixo custo computacional / Abstract: This thesis attempts to contribute to the understanding of possible connections between Quantum Information and Condensed Matter theories, a new field of research in broad development. Specifically, we investigated the role of entanglement, or quantumcorrelations, in continuous quantum phase transitions. While the importance of the first in the theory of Quantum Information is well known dispense presentation, the latter are of great interest as they exhibit a universal behavior, which descent fromthe divergence of the correlation length. This mutual origin of both in correlations is what creates an expectation of a possible link between them. Our work, based on the study of XY dimensional model in a transverse field, brings evidence of multipartite entanglement being favored, in detriment of bipartite in the transition, and thus in the importance of the first in the establishment of long-range correlations. During our journey, we define a class of measures of multipartite entanglement, generalising the Global Entanglement introduced by Meyer and Wallach in 2002. We show that some of these classes provide additional information to the Global Entanglement, as well as being written in a simple way in terms of correlation functions . This simplicity allows the establishment of a formal relationship between those classes and phases transitions marked by non-analycities in the energy. At the end, we studied the role of spontaneous symmetry breaking in the bipartite and multipartite entanglement, demonstrating once again a major role of the last over the first. In a second part, we examine the use of Matrix Product States to approximate ground states of critical systems. This class of states can be seen as the ansatz used in the Density Matrix Renormalization Group (DMRG), when this one is understood as a variational method. Analyzing the power of approximation of these states, now in Ising model, we found that the "dimension" of the ansatz (or number of renormalized degrees of freedom) is a relevant variable in the renormalization group, in a analogous way to the finite size of the system. This enables an analysis of scaling regarding the "size" of Matrix Product States, with a possible acquisition of critical properties at low computation cost / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Abstract: Quantum spin systems are caracterized by huge spaces of states, whose dimensions grow exponentially with the particles number. If following the preparation of the initial state, the system is kept isolated from external variables, it will develop a unitary time evolution according to Schrödinger equation or to Liouville equation. The system is driven exclusively by quantum uctuations, whose origin is the Uncertainty Principle. The evolution of a quantum state or a physical observable or mathematical nonobservable operator mean values may involve all states of the whole space of states, or big or small fractions of the total number of states. The analysis of the relaxation of a spin system from an arbitrary initial state to the equilibrium has to cope in general with the difficulty of requiring an extraordinarily great number of eigenstates and eigenvalues. In this work the main interest is centered on the evolution of magnetization¿s Fourier components in low dimensional systems of spins 1/2, whose interactions be given by the exchange modeled by Heisenberg Hamiltonians with axial anisotopy, XXZ. Exact solutions, analitic or numeric, are obtained. This is the continuation of work done in our research group which dealt with XY Hamiltonian families. In the analysis of the systems with the Hamiltonian XXZ, it was specially analysed the subspace defined by null total magnetization and the subspace defined by one spin wave, where chains up to 14 and 1200 were treated, respectively. There are emergence of fast and slow relaxation processes, which depend on the interations and on the initial state, and which result from destructive or constructive quantum interferences. Connections between the presence of those processes and the energy spectrum structure is discussed. Finally, the time evolution of some measures of global entanglement from initial states in the subspace of one spin wave are analised: the considered dynamics creates global entanglement until each entanglement measure reaches a saturation / Made available in DSpace on 2018-09-24T18:24:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_JulioGarcia_D.pdf: 5851086 bytes, checksum: fe9467d4e143df319d98e75ddb334401 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os sistemas quânticos de spin são caracterizados por espaços de estados muito grandes, cujas dimensões crescem exponencialmente com o número de partículas. Se após a preparação do estado inicial, o sistema for mantido isolado de variáveis externas, desenvolve-se uma evolução temporal unitária prescrita pela equação de Schrödinger ou pela equação de Liouville. O sistema é movido exclusivamente por flutuações quânticas, as quais têm sua origem no Princípio da Incerteza. A evolução de um estado quântico ou de valores médios de observáveis físicos ou de operadores matemáticos não observáveis pode envolver todos os estados do espaço de estados, ou frações grandes ou pequenas do número total de estados. A análise da relaxação de um sistema de spins desde um estado inicial arbitrário até o equilíbrio apresenta a dificuldade de requerer em geral um número extraordinariamente grande de auto-estados e autovalores. Neste trabalho o maior interesse está na evolução das componentes de Fourier da magnetização em sistemas de baixa dimensão espacial, com spins 1/2 e cujas interações sejam dadas pela troca modelada por Hamiltonianos de Heisenberg com anisotropia axial, XXZ. Serão obtidas soluções exatas: numéricas ou analíticas. A motivação proveio de trabalhos anteriores realizados no grupo de pesquisa referentes a famílias do Hamiltoniano XY. Ao se considerar o Hamiltoniano XXZ, analisou-se especialmente o subespaço definido por magnetização total nula e o subespa¸ co de uma onda de spin, onde trataram-se cadeias com até 14 e 1200 sítios, respectivamente. Há emergência de processos rápidos e lentos de relaxação, os quais dependem das interações e do estado inicial, e resultam de interferência quântica destrutiva ou construtiva. Serão discutidas conexões entre a presença desses processos e a estrutura do espectro de energia. Finalmente serão analisadas as evoluções temporais de algumas medidas de emaranhamento global, a partir de estados contidos no subespaço de uma onda de spin: a dinâmica considerada cria emaranhamento global até cada medida atingir uma saturação / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:43:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_AntonioAugusto_M.pdf: 2924266 bytes, checksum: 4d4a9d494dd74748d57e8bd6dbe14108 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Mestrado / Física / Mestre em Física