Termodinámica y simulaciones cuánticas en trampas de iones

• Autores: Freitas, José Nahuel
• Año de publicación: 2017
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Paz, Juan Pablo
• Materia: INFORMACION CUANTICA; TERMODINAMICA CUANTICA; SIMULACIONES CUANTICAS; SISTEMAS CUANTICOS ABIERTOS; REFRIGERADORES CUANTICOS; QUANTUM INFORMATION; QUANTUM THERMODYNAMICS; QUANTUM SIMULATIONS; OPEN QUANTUM SYSTEMS; QUANTUM REFRIGERATORS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En esta tesis se estudian fundamentos de termodinámica en sistemas cuánticos lineales. Se desarrolla una teoría general que permite estudiar procesos periódicos sobreredes armónicas acopladas a entornos bosónicos. Se muestra cómo las leyes usualesde la termodinámica clásica emergen a partir de la dinámica determinista del sistema. Además, los resultados obtenidos son utilizados para estudiar procesos termodinámicosen situaciones arbitrariamente alejadas del equilibrio térmico y del límite termodinámico. El formalismo desarrollado aquí es exacto y no requiere de ciertas aproximacionesque son comunmente usadas en la literatura (acoplamiento débil y dinámica Markoviana). Esto permite entender cuáles son las consecuencias de utilizar estas aproximaciones,y establecer precisamente el rango en el que pueden ser aplicadas, lo cuál es deutilidad en otros modelos donde una solución exacta no es posible. Este desarrollo tambiénaclara ciertas confusiones existentes en la literatura respecto de la versión dinámicade la tercera ley de la termodinámica, dado que se obtiene una demostración novedosade la validez de esta ley para una familia general de máquinas térmicas. Por último, se proponen experimentos en sistemas de iones atrapados para simularprocesos de transporte de energía y transiciones de fase en materiales magnéticos.
This thesis studies foundations of thermodynamics in quantum linear systems. Ageneral theory is developed to study periodic processes in harmonic networks that areconnected to bosonic reservoirs. It is shown how the usual thermodynamical laws emergefrom the deterministic dynamics of the system. Furthermore, the obtained results areemployed to study thermodynamical processes in non-equilibrium regimes which arefar from the thermodynamical limit. The developed formalism is exact and does not require some approximations that arecommonly used in the literature (the weak coupling and Markovian limits). This featureallows to understand what are the consequences of using these approximations, and toestablish precisely when they can be employed, which is useful in other models where anexact solution is not available. This development also clarifies some confusions existingin the literature regarding the dynamical version of the third law of thermodynamics,since it is possible to obtain a novel proof of its validity for a general family of thermalmachines. Finally, some experiments with trapped ions are proposed to simulate energy transportprocesses and phase transitions in magnetic materials.
Fil: Freitas, José Nahuel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.