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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
William Tiago Batista Malouf
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Landi, Gabriel Teixeira (Presidente)
Brito, Frederico Borges de
Santos, Marcelo Paleologo Elefteriadis de França
Título em português
Termodinâmica e informação em redes quânticas lineares
Palavras-chave em português
Entropia de Wigner NESS; Produção de entropia NESS; Custo entrópico da difusividade; Informação compartilhada NESS; Informação Mútua Condicional NESS.
Resumo em português
Quando um sistema quântico é acoplado à diversos banhos térmicos de diferentes temperaturas, eventualmente um estado estacionário fora do equilíbrio (NESS), caracterizado por correntes internas de calor é atingido. Por um lado, essas correntes são responsáveis por causar decoerência e produzir entropia no sistema. Entretanto, sua existência também induz correlações entre diferentes partes do sistema. Neste trabalho, nós exploramos este duplo aspecto dos NESSs. Usando técnicas do espaço de fase nós calculamos a produção de entropia de Wigner em redes lineares harmônicas. Trabalhando no célebre limite de fraco acoplamento interno e dissipativo, nós obtivemos expressões simples e frechadas para a contribuição de cada corrente de quasi-probabilidade na entropia. Nossa análise também mostra que, a dinâmica interna (reversével) é exclusivamente responsável em manter a produção de entropia (irreversível) estacionária. Considerando um ponto de vista informacional, nós trabalhamos no problema de como quantificar a informação compartilhada entre partes desconexas de uma cadeia quântica em um estado estacionário fora do equilíbrio. Nós mostramos então que esta é mais precisamente caracterizada utilizando a informação mútua condicional (CMI), um quantificador mais geral de correlações tripartites do que a usual informação mútua. Como aplicação, nós utilizamos o paradigmático problema da transferência de energia em uma cadeia de osciladores sujeita a banhos internos auto-consistentes, que podem ser usados para mudar de um transporte balístico para difusivo. Nós encontramos que a produção de entropia escala com diferentes leis de potência nos regimes balístico e difusivo, permitindo então quantificar o ''custo entrópico da difusividade''. Nós também computamos a CMI para cadeias de diversos tamanhos e assim encontramos leis de escala relacionando a informação compartilhada com a difusividade. Finalmente nós discutimos como esta nova perspectiva na caracterização de sistemas fora do equilíbrio pode ser aplicada para entender o problema de equilibração local em estados fora do equilíbrio.
Título em inglês
Thermodynamics and information in linear quantum lattices
Palavras-chave em inglês
Wigner entropy NESS; Entropy production NESS; Entropic cost of diffusivity; Information sharing NESS; Conditional Mutual Information NESS.
Resumo em inglês
When a quantum system is coupled to several heat baths at different temperatures, it eventually reaches a non-equilibrium steady state (NESS) featuring stationary internal heat currents. From one side, these currents are responsible to cause decorehence and produce entropy in the system. However, their existence also induce correlations between different parts of the system. In this work, we explore this two-folded aspect of NESSs. Using phase-space techniques we calculate the Wigner entropy production on general linear networks of harmonic nodes. Working in the ubiquitous limit of weak internal coupling and weak dissipation, we obtain simple closed-form expressions for the entropic contribution of each individual quasi-probability current. Our analysis also shows that, it is exclusively the (reversible) internal dynamics which maintain the stationary (irreversible) entropy production. From the informational point of view, we address how to quantify the amount of information that disconnected parts of a quantum chain share in a non-equilibrium steady-state. As we show, this is more precisely captured by the conditional mutual information (CMI), a more general quantifier of tripartite correlations than the usual mutual information. As an application, we apply our framework to the paradigmatic problem of energy transfer through a chain of oscillators subject to self-consistent internal baths that can be used to tune the transport from ballistic to diffusive. We find that the entropy production scales with different power law behaviors in the ballistic and diffusive regimes, hence allowing us to quantify what is the ''entropic cost of diffusivity''. We also compute the CMI for arbitrary sizes and thus find the scaling rules connecting information sharing and diffusivity. Finally, we discuss how this new perspective in the characterization of non-equilibrium systems may be applied to understand the issue of local equilibration in non-equilibrium states.
 
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MEMalouf.pdf (1.19 Mbytes)
Data de Publicação
2019-06-27
 
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