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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2020.tde-29092020-120954
Document
Author
Full name
Diogo Lima Barreto
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Pinto, Diogo de Oliveira Soares (President)
Brito, Frederico Borges de
Landi, Gabriel Teixeira
Rouxinol, Francisco Paulo Marques
Vernek, Edson
Title in Portuguese
Controle de coerência para termometria quântica de sistemas fora do equilíbrio
Keywords in Portuguese
Metrologia quântica
Sistemas fora do equilíbrio
Sistemas quânticos abertos
Abstract in Portuguese
Nas últimas duas décadas houve um aumento no interesse pela teoria de estimação quântica. Entre os vários tópicos sobre o tema um que se destaca é a estimação de parâmetros para sistemas abertos, que sabidamente possuem precisão menor do que o caso para sistemas fechados. Nosso trabalho foi focado justamente nos sistemas quânticos abertos onde exploramos a termometria fora do equilíbrio. Para isso utilizamos o modelo de um q-bit em contato com um banho térmico e mudamos sua dinâmica submetendo-o a dois efeitos distintos: primeiro adicionamos um campo estocástico, capaz de manter o sistema fora do equilíbrio por mais tempo, com dois tipos de ruído; no segundo caso fizemos com que a frequência do q-bit fosse variável no tempo, gerando um efeito de proteção de estado quântico, também prolongando o tempo para o sistema se equilibrar com o banho. Em ambos os casos estudamos como a presença destes efeitos secundários afetam a precisão das estimativas da temperatura do banho térmico, calculadas através de dados extraídos do q-bit, que passa a funcionar como um termômetro. No caso do campo estocástico verificamos que para um regime de baixas temperaturas em que os efeitos do campo prevalecem, é possível atingir uma precisão maior que para o caso de temperaturas mais altas. Já para o caso da frequência variável, verificamos que não é possível obter uma maior precisão, mas o retardamento da decoerência oferece uma janela de tempo maior para que as estimativas possam ser realizadas, o que pode oferecer uma vantagem para possíveis aplicações experimentais.
Title in English
Coherence control for quantum thermometry of out of equilibrium systems
Keywords in English
Open quantum systems
Out of equilibrium systems
Quantum metrology
Abstract in English
In the last two decades there has been an increasing interest for the quantum estimation theory. Among various research topics there´s a recent effort to better understand quantum estimation for open quantum systems, which are known to have worse precision than the closed systems. Our work focused on open quantum systems where we explored out of equilibrium thermometry. To do this we used a single q-bit model in contact with a thermal reservoir and changed it´s dynamic by adding two distinct effects: first we added a stochastic field, which can maintain the system out of equilibrium for longer periods, using two types of noises; on the second case we used a time-dependent frequency for the q-bit which generates a protective effect against decoherence also extending the period in which the system is out of equilibrium. In both cases we studied how these secondary effects affected the precision of temperature estimations for the reservoir temperature, using data extracted from the q-bit which becomes equivalent to a thermometer. For the stochastic field we found out that it's possible to achieve higher precision for low temperatures in which the effects of the field prevail. For the time-dependent frequency we couldn´t find any evidence for a better precision but the delay on the effects of decoherence allows for more time to estimate the temperature, which may offer some advantages for experimental measurements.
 
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Publishing Date
2020-10-14
 
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