Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2024.tde-08082024-104354
Documento
Autor
Nome completo
Alberto Jônatas Bezerra Rosal
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2024
Orientador
Banca examinadora
Pinto, Diogo de Oliveira Soares (Presidente)
Amaral, Barbara Lopes
Landi, Gabriel Teixeira
Título em português
Limites quânticos de velocidade: universalidade, tightness e Markovianidade
Palavras-chave em português
Fundamentos de mecânica quântica
Informação quântica
Limites quânticos de velocidade
Markovianidade quântica
Sistemas quânticos abertos
Resumo em português
Um limite de velocidade quântica (em inglês Quantum Speed Limit, ou abreviadamente QSL) é um limite inferior no tempo de evolução entre dois estados quânticos. Neste trabalho, nós desenvolvemos duas novas famílias de QSLs: uma utilizando a abordagem geométrica e outra inspirada na desigualdade de Holder. Ambas as abordagens envolvem o uso das normas Schatten. Notavelmente, para um estado de um qbit, demonstramos que o QSL geométrico permanece independente da norma Schatten escolhida, revelando uma forma de universalidade entre esses quantificadores. Além disso, realizamos uma comparação entre os QSLs desenvolvidos neste trabalho e os QSLs paradigmáticos existentes na literatura. Demonstramos também que os limites quânticos de velocidade preexistentes podem ser vistos como casos particulares de QSLs baseados nas normas Schatten. Adicionalmente, analisamos condições necessárias e suficientes para uma dinâmica ótima, ou seja, quando o tempo de evolução entre dois estados quânticos é igual ao QSL. Por fim, comparamos os dois QSLs desenvolvidos, apresentando uma desigualdade entre eles de clara significância geométrica. Em especial, nós mostramos que o limite quântico de velocidade geométrico induzido por uma norma Schatten pode ser visto como um QSL universal, onde este se mostrou como o quantificador mais tight para uma dinâmica geral de um qbit preparado inicialmente em um estado puro. Finalmente, nós investigamos os efeitos de uma dinâmica Markoviana e nãoMarkoviana no QSL universal, e ilustramos situações onde os regimes Markovianos ou nãoMarkovianos implicam em uma dinâmica ótima. Em complemento, nós também mostramos como melhorar a dinâmica de um sistema, e exemplificamos um caso onde uma dinâmica nãoMarkoviana se mostrou mais tight que o caso Markoviano.
Título em inglês
Quantum speed limits: universality, tightness and Markovianity
Palavras-chave em inglês
Open quantum systems
Quantum foundations
Quantum information
Quantum Markovianity
Quantum speed limits
Resumo em inglês
A quantum speed limit (QSL) is a lower bound on the evolution time between two quantum states. In this work, we developed two new families of QSLs: one using the geometric approach and the other inspired by Holders inequality. Both approaches involve the use of the Schatten norms. Notably, for a single qubit state, we demonstrate that the geometric QSL remains independent of the chosen Schatten norm, revealing a form of universality between these quantifiers. Furthermore, we carried out a comparison between the QSLs developed in this work and the paradigmatic QSLs existing in the literature. We also demonstrate that preexisting quantum speed limits can be seen as particular cases of QSLs based on Schatten norms. Additionally, we analyze necessary and sufficient conditions for optimal dynamics, that is, when the evolution time between two quantum states is equal to the QSL. Finally, we compared the two developed QSLs, presenting an inequality between them with a clear geometric significance. In particular, we show that the geometric quantum speed limit induced by a Schatten norm can be seen as a universal QSL, where this proved to be the tightest quantifier for the general dynamics of a qubit initially prepared in a pure state. In the end, we investigate the effects of Markovian and non-Markovian dynamics on universal QSL, and illustrate situations where Markov or non-Markov regimes imply optimal dynamics. In addition, we also show how to improve the dynamics of a system, and exemplify a case where a non-Markovian dynamic proved to be tighter than the Markov case.
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Data de Publicação
2024-08-09