This thesis addresses the development of studies on stochastic thermodynamics using optical tweezers, ranging from classical to quantum regimes. Initially, the application of outof- equilibrium processes is explored with Brownian particles, and their thermodynamic quantities are computed through trajectories obtained from an ensemble of realizations. Microscopic thermodynamic laws and fluctuation theorems, such as Jarzynskis equality and Crookss relation, are checked by implementing compression and expansion protocols via beam intensity control. The results show good agreement with theoretical expectations and our experimental systems robustness. Subsequently, experimental verification of optimal protocols (minimizing the average dissipated work) for trap compression and simulations for moving potentials are demonstrated. The experiments revealed the best energetic efficiency of optimal processes, i.e. they presented lower average work than linear (suboptimal) ones, which is consistent with the analytical solution. Towards efficient protocols, a feedback system was implemented for converting information to energy inspired by Maxwells demon idea. Despite experimental challenges, feedback protocols returned lower average work values than those with no feedback, and efficiency can be explored by altering the demons criteria. Finally, initial results are provided aiming at explorations of stochastic thermodynamics at the classical-quantum interface through investigation of trapped optically active particles (formed by quantum dots). The analysis of the particle recoil revealed that Langevin dynamics must be extended to describe our system precisely.

Esta tese aborda o desenvolvimento de estudos sobre termodinâmica estocástica usando pinças ópticas, abrangendo desde regimes clássicos até quânticos. Inicialmente, a aplicação de processos fora do equilíbrio é explorada com partículas brownianas, e suas quantidades termodinâmicas são computadas através de trajetórias obtidas a partir de um conjunto de realizações. Leis termodinâmicas microscópicas e teoremas de flutuação, como a igualdade de Jarzynski e a relação de Crooks, são verificados através da implementação de protocolos de compressão e expansão via controle de intensidade do feixe. Os resultados mostram boa concordância com as expectativas teóricas e a robustez do nosso sistema experimental. Subsequentemente, é demonstrada a verificação experimental de protocolos ótimos (minimizando o trabalho dissipado médio) para compressão de armadilha e simulações para potenciais móveis. Os experimentos revelaram a melhor eficiência energética de processos ótimos, ou seja, apresentaram trabalho médio inferior ao dos lineares (subótimos), o que é consistente com a solução analítica. Em direção a protocolos eficientes, um sistema de feedback foi implementado para converter informação em energia, inspirado na ideia do demônio de Maxwell. Apesar dos desafios experimentais, os protocolos com feedback retornaram valores de trabalho médio inferiores aos sem feedback, e a eficiência pode ser explorada alterando os critérios do demônio. Finalmente, são fornecidos resultados iniciais visando explorações da termodinâmica estocástica na interface clássico-quântico através da investigação de partículas opticamente ativas presas (formadas por quantum dots). A análise do recuo das partículas revelou que a dinâmica de Langevin deve ser estendida para descrever nosso sistema com precisão.