Palestras

Palestrante: Pedro Dieguez

Idioma: Português(BR)

Resumo: A mecânica quântica nos permite criar cenários nos quais duas operações quânticas gerais podem ser realizadas de tal maneira que não é possível associar uma ordem definitiva para a aplicação das operações. Essa ordem causal indefinida pode ser explorada para gerar efeitos não triviais em dispositivos térmicos. Nosso foco nesta apresentação será um dispositivo térmico baseado em medições, composto por canais de medição generalizados com parâmetros de intensidade ajustáveis, nos quais a troca de energia com o aparelho ocorre na forma de trabalho ou calor.

Mostraremos como esse dispositivo acionado por medições pode funcionar como um motor térmico, um acelerador térmico ou um refrigerador, dependendo das configurações de intensidade de cada medição. Abordaremos como o controle coerente sobre a estrutura da ordem causal pode alterar os regimes de operação do dispositivo térmico, proporcionando vantagens em comparação com cenários nos quais o controle de ordem é incoerente. Por fim, apresentaremos uma implementação experimental realizada com ressonância magnética nuclear para o ciclo com ordens definidas e os resultados preliminares de nossa investigação dos ciclos com ordem indefinida nos computadores quânticos da IBM.

Palestrante: Andre Malavazi

Idioma: Português(BR)

Resumo: O atual estágio de fabricação e manipulação de sistemas quânticos tem suscitado o desenvolvimento de tecnologias genuinamente quânticas. Neste contexto, é imprescindível o estabelecimento de uma teoria termodinâmica que seja consistente com tal regime. De modo geral, a termodinâmica quântica visa tanto trazer os conceitos clássicos da termodinâmica para descrever sistemas quânticos, quanto entender o comportamento termodinâmico da matéria a partir de uma descrição de primeiros princípios. Entretanto, é importante ressaltar que, apesar do crescente número de resultados e esforços, ainda há importantes questões em aberto referentes à pontos fundamentais da teoria. Em particular, ainda não está claro em como definir de maneira geral as quantidades termodinâmicas mais básicas, como energia interna. Assim, a grande maioria das análises recentes se encontram restritas a regimes aproximativos específicos e/ou semi-clássicos. Desta forma, fica claro que a falta de universalidade das metodologias atuais se apresenta como uma barreira para o desenvolvimento completo de uma teoria termodinâmica quântica auto-consistente. 

Nesta palestra eu apresentarei uma nova proposta para abordar a termodinâmica de sistemas quânticos baseada na conhecida decomposição de Schmidt. Esta metodologia nos fornecerá as bases para definir as energias internas locais de um sistema quântico autônomo composto por uma bipartição. Tal arcabouço permitirá uma descrição simétrica e geral das trocas energéticas de sistemas quânticos interagentes arbitrários, de modo que a noção termodinâmica clássica da aditividade de energia é naturalmente satisfeita. A proposta em questão, portanto, é uma canditada interessante para preencher uma lacuna fundamental da teoria, e fornece um alicerce para desenvolvimentos futuros, como a definição de outras quantidades termodinâmicas.  

Palestrante: Roberto Menezes Serra

Idioma: Português(BR)

Resumo: A termodinâmica estabelece limites para diferentes tecnologias, incluindo tecnologias quânticas. Neste último caso, dinâmicas fora do equilíbrio, flutuações de energia e aleatoriedade estão fundamentalmente presentes. Por outro lado, técnicas modernas de manipulação de sistemas quânticos permitem o acesso experimental a estados microscópicos, explicitando o papel da teoria da informação em diferentes protocolos, o que também introduz novas perspetivas para aplicações tecnológicas. É possível criar diferentes sabores de Demónios de Maxwell no laboratório. Para além disso, características quânticas como coerência e correlações não clássicas podem ser empregadas para se obter vantagens ou para realizar processos que seriam impossíveis no contexto clássico. Nesse sentido é a provocação do título da apresentação, exploraremos alguns experimentos com qubits de spin em RMN que aproveitam essas vantagens quânticas para desafiar ou ir, de certo modo além, dos limites da segunda lei. Discutiremos também algumas generalizações da segunda lei no contexto quântico. Por fim, apresentaremos uma investigação experimental dos limites impostos pela terceira lei para preparação de estados inicias em sistemas quânticos e abordaremos os limites duros que esta lei impõe sobre o desenvolvimento de novas tecnologias quânticas.

Palestrante: Baris Çakmak

Idioma: English

Resumo: Ergotropy is the maximal amount of extractable work through unitary processes from quantum systems. In this talk, I will present two examples of the effect of genuine quantum properties on ergotropy.

In particular, we show that it is possible to have non-zero ergotropy in the steady-states of an open quantum system consisting of qubits that are collectively coupled to a thermal bath at a finite temperature. The dynamics of our model leads the qubits into a steady-state that has coherences in the energy eigenbasis when the system consists of more than a single qubit. We observe that even though the system does not have inverted populations, it is possible to extract work from the coherences and we analytically show that in the high temperature limit, ergotropy per unit energy is equal to the l1 norm of coherence for the two qubit case. Further, we analyze the scaling of coherence and ergotropy as a function of the number of qubits in the system for different initial states.

Moreover, we show that the ergotropy can be expressed as a function of the quantum mutual information, which demonstrates the contributions to the extractable work from classical and quantum correlations. More specifically, we analyze bipartite quantum systems with locally thermal states, such that the only contribution to the ergotropy originates in the correlations. We illustrate our general results in the same open system model we introduce above.

References:

1) Barış Çakmak, Phys. Rev. E 102, 042111 (2020), arXiv: 2005.08489

2) Akram Touil, Barış Çakmak, Sebastian Deffner, J. Phys. A: Math. Theor. 55, 025301 (2022), arXiv: 2102.13606

Palestrante: Jonas Maziero

Idioma: Português(BR)

Resumo: A implementação de experimentos sobre os fundamentos de mecânica quântica e comunicação quântica é, em geral, muito cara. Isso impossibilita que muitos grupos de pesquisa e ensino realizem tais experimentos. Computadores quânticos universais podem, a princípio, ser usados para implementar qualquer estado quântico e qualquer dinâmica quântica. Assim, com a recente disponibilidade de computadores quânticos na nuvem, tornou-se possível simular esses experimentos sem gasto nenhum ou a um custo factível a grupos de pesquisa e ensino brasileiros. Isso proporciona e estimula inclusive a pesquisa para criação e desenvolvimento de novos experimentos. Nessa palestra, começarei explicando os elementos básicos da computação quântica e sua implementação usando o Qiskit como ferramenta de programação para experimentar com os computadores quânticos da IBM, que podem ser acessados livremente na nuvem. Feito isso, usaremos esses computadores para simular experimentos sobre os fundamentos de mecânica quântica (violação de desigualdades de Bell, interferômetro de Mach-Zehnder, apagador quântico, etc) e de comunicação quântica (teleportação quântica, codificação superdensa, etc).

Palestrante: Felipe Fernandes Fanchini

Idioma: Português(BR)

Resumo: Na era transformadora da computação quântica, a fusão da mecânica quântica e do aprendizado de máquina promete revolucionar as tarefas baseadas em dados. Nesta palestra apresentaremos os conceitos fundamentais do Aprendizado de Máquina Quântico (QML), oferecendo aos participantes uma compreensão de suas potencialidades e desafios. Nosso objetivo é desmistificar os algoritmos de aprendizagem quântica que em breve poderão sustentar muitos avanços tecnológicos. Como exemplo, iremos apresentar nosso artigo recente, 'Quantum Neural Networks Successfully Calibrate Language Models'. Este trabalho mostra que circuitos variacionais parametrizados podem calibrar com sucesso modelos de perguntas e respostas de Deep Learning, garantindo que eles não apenas produzam resultados precisos, mas também probabilidades confiáveis.

Palestrante: Marcelo França

Idioma: Português(BR)

Resumo: Diversas aplicações tecnológicas de luz quantizada dependem da capacidade de carregar sistemas quânticos de baixa dimensão. Dois dos exemplos mais comuns são o laser e fontes controladas de fótons únicos que dependem, essencialmente, da inversão de população em sistemas atômicos (reais ou artificiais). Os métodos tradicionais de inversão de população, tais como colisões ou bombeamento ótico, envolvem ou o aquecimento prévio do ambiente ou descarte de energia para o mesmo. Nessa palestra, veremos como o vácuo do campo eletromagnético pode ser usado para inverter a população atômica em um processo unitário. 

Palestrante: Celso Villas-Boas 

Idioma: Português(BR)

Resumo: Nesta palestra vou falar um pouco sobre as tecnologias quânticas de segunda geração, isto é, aquelas baseadas em informação quântica, que tem um grande potencial de causar uma nova revolução tecnológica. É por isso que hoje há grandes investimentos na área ao redor do mundo, inclusive por parte das grandes empresas de tecnologia como Google, IBM, etc., além de muitas startups. Vou então discutir um pouco do que está acontecendo no mundo e sobre as iniciativas que estão surgindo aqui no Brasil, com foco especial na ntropiQ, uma iniciativa liderada pela UFSCar e pelo Centro de Pesquisas Avançadas Wernher von Braun, que visa o desenvolvimento de soluções quânticas para a indústria e setores de serviço em geral.

Palestrante: Lucas Céleri

Idioma: Português(BR)

Resumo: The fluctuation relations, which characterize irreversible processes in Nature, are among the most important results in non-equilibrium physics. In short, these relations say that it is exponentially unlikely for us to observe a time-reversed process and, thus, establish the thermodynamic arrow of time pointing from low to high entropy. On the other hand, fundamental physical theories are invariant under time-reversal symmetry. Although in Newtonian and quantum physics the emergence of irreversible processes, as well as fluctuation relations, is relatively well understood, many problems arise when relativity enters the game. In this work we explore the question of how the spacetime curvature enters into the fluctuation relations. We conclude that a positive entropy production emerges as a consequence of the interaction between the quantum system and the gravitational field. 

Palestrante: Marcela Herrera

Idioma: Português(BR)

Resumo: Desenhamos e implementamos experimentalmente uma máquina térmica SWAP quântica de dois qubits correlacionados. Tal máquina permite alcançar uma eficiência acima do limite de Carnot e aumentar a quantidade de trabalho extraível.  O aumento da eficiência surge de uma compensação entre a produção da entropia e o consumo das correlações quânticas durante o ciclo termodinâmico. Também derivamos um limite generalizado da segunda lei e demonstramos experimentalmente o aumento da eficiência da máquina adaptando o intervalo de energia e a temperatura efetiva dos qubits, usando um processador quântico IBM.

Palestrante: Diego Paiva Pires

Idioma: Português(BR)

Resumo: The last decades witnessed intense theoretical research activity in order to understand the role of time in quantum mechanics. This subject triggered significant progress in the search for faster and efficient schemes in the implementation of quantum information and communication technologies. Motivated by the puzzle "How fast can a quantum state evolve under a given dynamics?", such advances have led to the development of the so-called quantum speed limit (QSL), i.e., a lower bound setting the minimum time of evolution between two quantum states. Past results have included different approaches to QSLs, and sometimes tailored to specific settings, which therefore left a gap in obtaining satisfactory answers to the question posed previously. In this talk, I will first review the main results concerning QSLs. After that, I will discuss a recent formalism to approach QSLs for both closed and open quantum systems. Finally, I will present details of ongoing research projects that mostly cover applications of QSLs in physical problems ranging from quantum information to condensed matter physics.