A teoria do refrigeração é um importante pilar da termodinâmica, subjacente a muitas aplicações tecnológicas modernas. Conforme o campo da termodinâmica quântica avança, as técnicas de refrigeração devem acompanhar o ritmo para impulsionar as inovações das tecnologias quânticas. Estudamos o resfriamento quântico desde suas bases até as implementações em laboratório, começando pela técnica de heat-bath algorithmic cooling. Esse estudo inclui modelagem de imperfeições experimentais, estabelecendo os limites de resfriamento conhecidos que se aplicam a esse regime e consolidando o algoritmo como um método de refrigeração eficiente. Em seguida, ao desenvolver a noção de qubits virtuais, demonstramos um protocolo, robusto contra implementações experimentais, que melhora técnicas usuais de arrefecimento e é provido por coerências quânticas. Com o objetivo de contribuir para o avanço das tecnologias de refrigeração, concluímos estudando as propriedades de equilíbrio a temperatura zero de um sistema de muitos corpos que pode acomodar um refrigerador de absorção quântica autônomo, e calculamos suas propriedades críticas e de emaranhamento, dois traços que, assim como coerência quântica, podem ser usados no aprimoramento da performance de refrigeradores quânticos.

The theory of cooling is an important corner of thermodynamics, underlying many modern technological applications. As the field of quantum thermodynamics advances, refrigeration techniques must keep pace to fuel the innovations of quantum technologies. We study quantum cooling from its foundations to laboratory implementations within the specific paradigm of heat bath algorithmic cooling. Our study includes a detail modeling of experimental imperfections and establishes the fundamental cooling limits of the model, consolidating the algorithm as a viable quantum refrigeration method. Next, by developing the notion of virtual qubits, we demonstrate a cooling-boost protocol fueled by quantum coherences which is robust to experimental implementations. Aiming at aiding in the progress of refrigeration technologies, we conclude by studying the zero temperature equilibrium properties of a many-body system that can accommodate an autonomous quantum absorption refrigerator, and calculate its entanglement and critical properties, two features that, like quantum coherences, promise to improve the performance of quantum coolers.