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dc.contributor.authorMendonça, Taysa Mendes de
dc.date.accessioned2021-07-29T17:54:07Z
dc.date.available2021-07-29T17:54:07Z
dc.date.issued2021-05-24
dc.identifier.citationMENDONÇA, Taysa Mendes de. Engenharia de reservatórios com temperaturas efetivas arbitrárias e máquinas térmicas quânticas para sistemas de spins nucleares. 2021. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14681.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14681
dc.description.abstractIn this work we show how to engineer reservoirs with different effective temperatures for a single qubit (quantum bit) system. To that end, we built an appropriate interaction between a qubit, that is, a 13C nuclear spin, and a reservoir, in our case, a large number of nuclear hydrogen spins that act as a spin bath. For this study, we used the carbon-hydrogen structure present in the polycrystalline sample of adamantane. The interaction we seek is built by applying a sequence of specific radiofrequency pulses using the technique of nuclear magnetic resonance (NMR). The temperature of the entire system can be controlled by preparing the initial state of the nuclear hydrogen spins and, thus, we show how to build reservoirs with arbitrary temperatures, including negative effective ones. As an application of these artificial reservoirs, we investigated the implementation of quantum thermal machines. First, we performed an experiment in which a quantum thermal machine works under two reservoirs, one at a positive and the other at an effective negative spin temperature. We use the liquid chloroform molecule to simulate the qubit system. We show that the efficiency of this thermal machine can be greater than the case when the two reservoirs are at positive temperatures. We also demonstrate a counterintuitive result, in which the efficiency of the Otto cycle can be surpassed and when the quantum thermal machine operates in a finite time, that is, in a non-adiabatic manner. Finally, we implemented a quantum thermal machine that operates in a single reservoir at an effective negative temperature whose efficiency is always 100%, regardless of the unitary transformation carried out on the qubit, as long as its final state is different from its initial one. In this experiment we again use the carbon-hydrogen structure present in the polycrystalline sample of adamantane. As far as we know, this is the simplest and most efficient quantum thermal machine ever built. For all steps, we show that the theoretically predicted results are in very good agreement with the experimental data.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectInformação quânticapor
dc.subjectTermodinâmica quânticapor
dc.subjectRMNpor
dc.subjectQuantum informationeng
dc.subjectQuantum thermodynamiceng
dc.subjectNMReng
dc.titleEngenharia de reservatórios com temperaturas efetivas arbitrárias e máquinas térmicas quânticas para sistemas de spins nuclearespor
dc.title.alternativeReservoir engineering with arbitrary effective temperatures and quantum thermal machines for nuclear spin systemseng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Villas-Boas, Celso Jorge
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5700887540085418por
dc.description.resumoNeste trabalho mostramos como projetar reservatórios com diferentes temperaturas efetivas para um sistema de único q-bit (quantum bit). Para esse fim, construímos uma interação apropriada entre um q-bit, isto é, um spin nuclear de 13C, e um reservatório, no nosso caso, um grande número de spins nucleares de hidrogênios que atuam como banho de spins. Para tal estudo, usamos a estrutura carbono-hidrogênio presente na amostra policristalina de adamantano. A interação que buscamos é construída aplicando-se uma sequência de pulsos de radiofrequência específica usando a técnica de ressonância magnética nuclear (RMN). A temperatura de todo o sistema pode ser controlada pela preparação do estado inicial dos spins nucleares dos hidrogênios e, assim, mostramos como construir reservatórios com temperaturas arbitrárias, inclusive temperaturas efetivas negativas. Como aplicação desses reservatórios artificiais, investigamos a implementação de máquinas térmicas quânticas. Primeiramente realizamos um experimento no qual um motor térmico quântico trabalha sob dois reservatórios, um a uma temperatura de spin positiva e outro a uma temperatura de spin efetiva negativa. Usamos a molécula de clorofórmio líquido para simular o sistema de q-bits. Mostramos que a eficiência dessa máquina térmica pode ser maior do que quando os dois reservatórios estão em temperaturas positivas. Também demonstramos um resultado contra intuitivo, em que a eficiência do ciclo e Otto pode ser superada e quando a máquina térmica quântica opera em um tempo finito, isto é, de forma não adiabática. Por fim, implementamos uma máquina térmica quântica que opera em um único reservatório a uma temperatura negativa efetiva cuja eficiência é sempre 100%, independente da transformação unitária realizada no q-bit, desde que seu estado final seja diferente de seu estado inicial. Nesse experimento utilizamos novamente a estrutura carbono-hidrogênio presente na amostra policristalina de adamantano. Até onde sabemos, essa é a máquina térmica quântica mais simples e eficiente já construída. Para todas as etapas, mostramos que os resultados previstos teoricamente estão em muito boa concordância com os dados experimentais.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApor
dc.description.sponsorshipIdCAPES: código de financiamento - 001por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7097528602412625por


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