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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2020.tde-05062020-151346
Document
Author
Full name
Rafael Bruno Barbosa Lima
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Pinto, Diogo de Oliveira Soares (President)
Almeida, Norton Gomes de
Bonança, Marcus Vinicius Segantini
Muniz, Sérgio Ricardo
Semião, Fernando Luis da Silva
Title in Portuguese
Controle da não Markovianidade em sistemas quânticas abertos
Keywords in Portuguese
Informação quântica
Não-Markovianidade quântica
Sistemas quânticos abertos
Abstract in Portuguese
Sistemas quânticos abertos têm sido alvos de diversos estudos teóricos e experimentais ao longo dos últimos anos. Em especial, pesquisas relacionadas a não Markovianidade e como ela influencia a dinâmica do sistema se tornaram relativamente importantes, pois desta forma pode-se ter o retorno das características quânticas iniciais presentes no sistema. Nesta tese foram desenvolvidos dois trabalhos relacionados acerca da influência da não Markovianidade em sistemas quânticos abertos. No primeiro, foi utilizado um sistema de um q-bit em contato com um reservatório bosônico e também sob a influência de um bombeio estocástico clássico, gerando assim um acoplamento efetivo do sistema com o ruído estocástico e o reservatório térmico. Desta forma, foi investigado como a dinâmica do qbit é modificada através da produção de não Markovianidade no sistema devido ao acoplamento efetivo e também como a energia média do sistema, com e sem o bombeio, se comporta tanto no regime Markoviano como não Markoviano. Adicionalmente, foi realizada uma análise da produção de não Markovianidade utilizando os ruídos estocásticos exponencial, Gaussiano e lei de potência. Aplicando a medida de Andersson, Cresser, Hall e Li (ACHL), foi possível fazer um comparativo do quanto de não Markovianidade foi produzida para cada ruído estocástico utilizado. No segundo trabalho, foi realizado um estudo de como é possível gerar a transição entre os regimes Markoviano e a não Markovianos por meio do controle de tempo de relaxação spin-rede de um qbit auxiliar, que atua como um ambiente. A decoerência do sistema foi simulada através da formulação de canais quânticos. Além disso, foi discutido como o mecanismo de relaxação é modificado pela ação de um campo magnético externo. Por fim, é apresentada uma demonstração experimental do modelo e sua comparação dos dados experimentais com os simulados teoricamente.
Title in English
Non-Markovianity in open quantum systems
Keywords in English
Open quantum systems
Quantum information
Quantum non-Markovianity
Abstract in English
Open quantum systems have been aim of several theoretical and experimental studies over the last years. In particular, research related to non-Markovianity and how it influences the dynamics of the system has become relatively important, because this way we can have the return the initial quantum characteristics present in the system. In this thesis two related works were developed about the influence of non-Markovianity in open quantum systems. In the first, it was used a one qubit system in contact with a bosonic reservoir and also under the influence of a classic stochastic pumping, thus generating an effective coupling of the system with the stochastic noise and the thermal reservoir. Thus, it was investigated how the dynamics of the qubit is modified through the production of non- Markovianity in the system due to the effective coupling and also how the mean system energy, with and without pumping, behaves in both Markovian and non-Markovian regime. Additionally, an analysis of non-Markovianity production was performed using exponential, Gaussian and power law stochastic noises. Applying the Andersson, Cresser, Hall and Li (ACHL) measure, it was possible to make a comparison of how much non-Markovianity was produced for each stochastic noise. In the second work, a study was performed on how it is possible to generate the transition between Markovian to non-Markovian regimes through the control of the spin-lattice relaxation time of an ancillary qubit, which acts as an environment. The decoherence of the system was simulated through the formulation of quantum channels. In addition, it was discussed how the relaxation mechanism is modified by the action of an external magnetic field. Finally, an experimental demonstration of the model is presented and the experimental data were compared with the theoretically simulated ones.
 
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Publishing Date
2020-06-09
 
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