Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4780.pdf: 9997745 bytes, checksum: 24a1f1c6cc3ce4ef4b6ac0cc5009255c (MD5) Previous issue date: 2013-01-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this thesis, we study the behavior of Quantum Discord in the contexts of open quantum systems and spin chains. Furthermore, we investigate the thermalization process of a spin chain due to interaction with the environment. First, we present a review on the concept of quantum correlation, beginning with the first ideas on non-locality, and leading to the measure of quantum correlations called Quantum Discord. Afterwards, we study the dynamics of the quantum correlations between two non-interacting qubits coupled to Markovian and non- Markovian thermal reservoirs. In the context of spin chains, we investigate the behavior of quantum correlations at finite temperatures, starting with a system composed of two interacting spins, described by XYZ model, in order to generalize this study to the case of infinite unidimensional spin chains, described by XY and XXZ models. In this context, we investigate the relationship between quantum correlations and quantum phase transitions present in these two models. We conclude this thesis with a study of the thermalization process of two interacting spins weakly coupled to independent bosonic thermal reservoirs, or to a single collective reservoir, besides presenting some results for larger systems, composed of an arbitrary number of spins. / Nesta tese estudamos o comportamento da Discórdia Quântica nos contextos de sistemas quânticos abertos e cadeias de spins. Além disso, investigamos também o processo de termalização de uma cadeia de spins sujeita a interação com o meio-ambiente. Primeiramente, apresentamos uma revisão do conceito de correlação quântica, partindo das ideias iniciais sobre não-localidade e tendo como ponto final a medida de correlações quânticas denominada Discórdia Quântica. Posteriormente, estudamos a dinâmica das correlações quânticas entre dois qubits não-interagentes acoplados a reservatórios térmicos markovianos e não-markovianos. No contexto de cadeias de spins, investigamos o comportamento das correlações quânticas a temperaturas finitas, começando com um sistema formado por dois spins interagentes, descrito pelo modelo XYZ para, em seguida, generalizar este estudo para o caso de cadeias de spins unidimensionais infinitas, descritas pelos modelos XY e XXZ. Neste contexto, investigamos a relação entre as correlações quânticas e as transições de fase quânticas presentes nestes dois modelos. Finalizamos esta tese com um estudo sobre o processo de termalização de dois spins interagentes fracamente acoplados a reservatórios térmicos bosônicos independentes ou um único reservatório coletivo, além de apresentar alguns resultados referentes a sistemas maiores, formados por um número arbitrário de spins.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Critical phenomena study was for many years dominated by analysis of transitions generated by thermal fluctuations. This thermal fluctuations cease at T-0, however, quantum fluctuations does not end at zero temperature. These quantum fluctuations may, under certain conditions, trigger phase transitions. In this work the Hubbard model is used to study quantum state and quantum phase transitions in strongly correlated electron systems, considering the terms of intersite hopping and Coulomb repulsion intrasite. It was developed an algorithm based on Lanczos method to solving the Hubbard model applied in different types of lattices. Analysis of algorithms efficiency were made an was observed that the standard approaches to evaluate the properties of the ground state in the Hubbard model by Lanczos method presents convergence problems when there is a significant difference between hopping parameters and Coulomb interaction. This difference is very important since the energy convergence does not necessarily reflect in a convergence of the ground state. In this work are discussed several algorithms as standard Lanczos method, the Explicit Restarted Lanczos algorithm and the Modified Explicit Restarted Lanczos algorithm. A protocol based on these algorithms using the operator S2 as s stopping criterion was developed, since through this the operator it is possible to assess the error getting from the ground state itself. The algorithm based on the ERL provides better accuracy and it is 5 times faster compared with conventional ones. The MERL-based algorithm keeps the error at the last significant digit, and its processing time is about 2.5 times longer than the ERL-based algorithm, although it is still faster than the standard Lanczos method. These analyzes pave the way for a reliable and practical evaluation of the ground-state properties not only of the Hubbard model, but also for other manybodies quantum systems. The systems analyzed were clusters of polymeric lattice AB2 tipe, one-dimensional lattice considering nears and next nears neighbors hoppings and cluster of fcc lattice. All systems showed quantum state transitions. Through the study of the spin-spin correlations of the AB2 lattices clusters it was possible to analyze in detail the behavior of these spin-spin correlation functions between sublattices of a finite system. The analysis of one-dimensional lattice with next near neighbor made it possible to use an extrapolation method, which has determined that the quantum phase transition critical point, Uc/t = 4.7, from which the system changes from a paramagnetic behavior to a ferromagnetic behavior. In the fcc lattice clusters were examined the ground state energy as a function of the particle density showed a minimum value for all the structural sizes studied. The minimum energy decreases with increasing the interaction parameter U. It was observed that the ground state energy has a minimum at n = 0.6 for U/t = W, where W denotes the non-interacting bandwidth and the face-centered cubic structure is ferromagnetic. These results, when compared to the nickel properties, shown great similarity analysis in literature, made at finite temperature and support the results of Hirsh, which proposes that the interatomic interaction exchange is dominant to driving the system to a ferromagnetic phase. / O estudo dos fenômenos críticos foi, por muitos anos, dominado pela análise das transições geradas por flutuações térmicas. As flutuações térmicas cessam em T-0, porém flutuações quânticas não acabam na temperatura zero. Essas flutuações de caráter quântico podem, sob certas condições, desencadear transições de fase. Neste trabalho o modelo de Hubbard é utilizado para o estudo de transições de estado quântico e de fase quântica em sistemas de elétrons fortemente correlacionados, considerando os termos de hopping intersítios e de repulsão coulombiana intrasítio. Foi desenvolvido um algoritmo com base no método de Lanczos para resolver o modelo de Hubbard aplicado a diferentes tipos de rede. Foram feitas análises da eficiência de algoritmos, nelas foi possível observar que as abordagens padrão para avaliar as propriedades do estado fundamental do modelo de Hubbard através do método de Lanczos apresentam problemas de convergência quando há uma significante diferença entre os parametros de hopping e de interação coulombiana. Esta diferença é muito relevante uma vez que a convergência da energia não reflete necessariamente em uma convergência do estado fundamental. Neste trabalho são discutidos vários algoritmos como o método de Lanczos padrão, o algoritmo Explicit Restarted Lanczos e o algoritmo Modified Explicit Restarted Lanczos. Foi desenvolvido um protocolo baseado nesses algoritmos que utiliza o valor de S2 como critério de parada do método, uma vez que através dessa grandeza é possível avaliar o erro na obtenção do estado fundamental. O algoritmo baseado no ERL proporciona uma melhor precisão é 5 vezes mais rápido quando comparado com o convencional. O algoritmo baseado no MERL mantém o erro no último dígito significativo e seu tempo de processamento é cerca de 2.5 vezes mais longo do que o algoritmo baseado no ERL, embora ainda seja mais rápido do que o método Lanczos padrão. Essas análises abrem caminho para uma avaliação confiável e prática das propriedades do estado fundamental, não só do modelo de Hubbard, mas também para muitos outros sistemas quânticos de muitos corpos. Os sistemas analisados foram clusters de rede polimérica tipo AB2, de rede unidimensional considerando hoppings tanto de primeiros quanto de segundos vizinhos e clusters de rede fcc. Todos os sistemas apresentaram transições de estado quântico. Através do estudo das correlações spin-spin do cluster da rede AB2 foi possível analisar detalhadamente o comportamento das referidas funções de correlação spin-spin entre sub-redes de um sistema finito. A análise da rede unidimensional com hopping entre segundos vizinhos possibilitou utilizar um método de extrapolação, o qual determinou que o ponto crítico de transição de fase quântica, Uc/t = 4.7, a partir do qual o sistema passa de um comportamento paramagnético para um comportamento ferromagnético. Nos clusters de rede fcc foram examinadas as energias do estado fundamental em função da densidade de partícula, observando-se a existência de um valor de mínimo de energia para todas os tamanhos estruturais estudados. Os mínimos de energia diminuem com o aumento do parâmetro de interação U. Foi observado que a energia do estado fundamental tem um mínimo em a densidade eletrônica igual a 0.6 para U/t=W, em que W denota a largura de banda não-interagente e a estrutura cúbica de face centrada mostrou-se ferromagnético. Esses resultados, quando comparados com as propriedades do níquel, mostam grande semelhança com análises na literatura feitas sob temperatura finita e suportam os resultados de Hirsh, o qual propõe que a interação interatômica de exchange é dominante na condução do sistema à uma fase ferromagnética.

Orientador: Eduardo Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-09-24T13:52:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HerazoWarnes_JesusMaria_D.pdf: 4836710 bytes, checksum: 5b7290f1db20bc31b153f3e7202fff39 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A questão da natureza das transições de fases de sistemas de redes de bósons tem se tornado cada vez mais urgente à vista da capacidade de carregamento de átomos ultrafrios em redes ópticas. Nesta tese, tentamos avançar este conhecimento através do estudo de 3 modelos básicos de redes de bósons interagentes. Inicialmente, determinamos o diagrama de fases c as propriedades físicas do modelo bosônico de impureza única de Anderson. Este modelo é interessante tanto em si mesmo quanto por causa de sua relação com outras abordagens teóricas tais como a teoria dinâmica de campo médio bosônica. Usamos como estratégia a inclusão de um pequeno campo externo acoplado ao parâmetro de ordem superfluido, que quebra a simetria global de calibre do modelo. Desta forma, foi possível estudar a transição de condensação de Base-Einstein através do critério de quebra espontânea de simetria global de calibre. Outras quantidades como a ocupação da impureza, o desvio padrão da ocupação e a susceptibilidade com respeito ao campo externo também foram calculadas, caracterizando a transição de fase do modelo. Alguns desses resultados foram comparados com aqueles já obtidos na literatura através do grupo de renormalização numérico. Encontramos bom acordo entre os dois métodos. O segundo estudo realizado nesta tese refere-se ao comportamento crítico do modelo de Bose-Hubbard desordenado através da chamada teoria de campo médio estocástica. O objeto central dessa teoria de campo médio é a distribuição de parâmetros de ordem P(?). Estudos numéricos estabelecem que perto da linha crítica que separa as fases superfluida e vidro de Base do modelo, essa distribuição exibe uma grande região com comportamento de lei de potência P(?) ~ ? ^-(1+ß_c), onde ß_c < 1. Usando esse comportamento como tentativa, obtivemos analiticamente tanto a fronteira de fases quanto o valor do expoente crítico da lei de potência ß_c , encontrando um razoável acordo com os resultados numéricos e avançando o entendimento da natureza da transição de fase específica ao modelo desordenado. Finalmente, o modelo de Bose-Hubbard desordenado para partículas de spin-1 foi estudado dentro da teoria de campo médio estocástica. As distribuições de probabilidade de várias quantidades físicas como o parâmetro de ordem superfluido, o desvio padrão da ocupação por sítio, a fração do condensado, o quadrado do operador de spin, bem como seus valores médios, foram determinados para as três fases do modelo, a saber, o superfluido polar, o isolante de Mott e o vidro de Bose. Uma completa caracterização das propriedades físicas dessas fases e das transições de fase entre elas foi estabelecida / Abstract: The question of the nature of phase transitions of systems of lattice bosons has become increasingly more pressing in view of the capability of loading ultracold atoms in opticallattices. In this thesis we try to advance this understanding through the study of 3 basic models of interacting lattice bosons. Initially, we determined the phase diagram and physical properties of the bosonic singleimpurity Anderson model. This model is interesting both in its own right and because of its relation to other theoretical approaches such as the bosonic dynamical field theory method. We used as strategy the inclusion of a small external field coupled to the superfluid order parameter, which breaks the global gauge symmetry of the model. Thus, it was possible to study the Base-Einstein condensation transition through the criterion of the onset of spontaneous broken global gauge symmetry. Other quantities such as the occupation of the impurity, the standard deviation of the occupation and the susceptibility with respect to the external! Field were calculated characterizing the phase transition in the model. Some of the results were compared with those already reported in the literature, obtained with tic numerical renormalization group. We found good agreement between the two methods. The second study carried out in this thesis concerned the critical behavior of the disordered Bose-Hubbard model within the so-called stochastic mean-field theory. The central object of this mean-field theory is the distribution of order parameters P(?). Numerical studies establish that near the critical line separating the superfluid and Bose glass phases of this model, this distribution shows a wide region of power-law behavior P(?) ~ ? ^-(1+ß_c), where ß_c < 1. Using this behavior as an Ansatz, we obtained analytically both the phase boundary and the value of the critical power-law exponent ß_c, finding a reasonably good agreement with the numerical results and thus shedding new light on the nature of this phase transition specific to disordered model. Finally, the disordered Bose-Hubbard model for spin-1 particles was studied within the stochastic mean-field theory. The probability distributions of various physical quantities, such as the superfluid order parameter, the standard deviation of the occupation per site, the condensate fraction, the square of the spin operator, as well as their average values, were determined for the three phases of the model, namely, the polar superfluid, the Mott insulating and the Bose glass phases. A complete characterization of the physical properties of these phases and the phase transitions between them was then established / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Marcos César de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Farias_ReginaldodeJesusCosta_D.pdf: 4228413 bytes, checksum: 9e7ff892eed5441839ee091ddb080501 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Partindo de uma derivação matemática do modelo de Bose-Hubbard, desenvolvemos os cálculo para o emaranhamento bi e multipartido, através da transição Isolante de Mott-superuida, entre os modos de uma rede óptica para as situações mais simples de dois, três e quatro átomos (N) depositados nestas com igual número de sítios M, ocasionando um fator de preenchimento ? = N=M unitário. Apresentamos uma investigação sobre o controle da dinâmica de um condensado de Bose-Einstein aprisionado em um poço duplo através da ação de um potencial externo dependente do tempo. Apresentamos também uma investigação preliminar de codificação e operações quânticas embasadas em colisões controladas entre átomos em múltiplos poços / Abstract: Starting from a mathematical derivation of the Bose-Hubbard Model (BHM) we analyze the developing of bipartite and multipartite entanglement through the Mott insulator-superuid quantum phase transition, among the modes of an optical lattice to the simplest situations of two, three and four atoms (N) deposited in such optical lattice with equal number of sites (M), where a filling factor ? = N=M = 1 per lattice site is considered. We present an investigation about the controlled dynamic of a Bose-Einstein condensate in a double well driven by an external time dependent potential. Beyond we present some preliminar notes on codi cations and quantum operations in cold controlled collisions among atoms in multiples wells / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências