00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11132
Tipo: Tese
Título: Propriedades de transporte e emaranhamento em caminhadas quânticas em tempo discreto
Autor(es): Silva, Anderson Rafael Correia Buarque da
Primeiro Orientador: Dias, Wandearley da Silva
metadata.dc.contributor.referee1: Lyra, Marcelo Leite
metadata.dc.contributor.referee2: Moura, Francisco Anacleto Barros Fidelis de
metadata.dc.contributor.referee3: Cavalcanti, Solange Bessa
metadata.dc.contributor.referee4: Luz, Marcos Gomes Eleuterio da
metadata.dc.contributor.referee5: Raposo, Ernesto Carneiro Pessoa
Resumo: Todas as questões, e situações, apresentadas nesta tese são complementares e misturamse ao apontar as discussões para o seu tema principal. Estudamos as propriedades de transporte, emaranhamento quântico, coerência quântica, superoscilações e surgimento de eventos extremos em caminhadas quânticas em tempo discreto (CQTDs). Para isso, foi preciso inserir alguns elementos como: aperiodicidade, não-linearidade, ruídos, desordem e campos artificias. Iniciamos estudando como as propriedades de localização, espectro de energia e emaranhamento quântico entre os graus de liberdade de uma CQTDs são alteradas quando adicionados uma dependência espacial aperiódica nos operadores moedas quânticas. A aperiodicidade é descrita por moedas espacialmente dependentes das posições em uma cadeia 1D. Dentro das propriedades de transporte, identificamos dois regimes: caminhadas quânticas deslocalizadas e localizadas mediadas por um ajuste adequado do parâmetro que controla o grau de aperiodicidade da distribuição. Usando a análise de espectros de energia, mostramos que no estágio inicial a inomogeneidade leva a leva ao desaparecimento do (gap) entre duas bandas principais, o que justifica o caráter predominantemente deslocalizado. Para um grau de aperiodicidade suficientemente alto, observamos um espectro de energia, que se assemelha ao descrito pelo modelo unidimensional de Anderson. Em relação ao emaranhamento quântico do sistema, mostramos muitas configurações em que um aumento na capacidade de gerar emaranhamento é observado. Esse comportamento traz novas informações sobre o papel da aperiodicidade nessa correlação entre o espaço das posição e da moeda quântica para sistemas com inomogeneidade estática, contrastando com o relatado, outrora, como quase sempre reduzindo o emaranhamento quando comparado com o caso homogêneo. Por fim, estendemos a análise para mostrar que sistemas com heterogeneidade estática são capazes de exibir limite assintótico. Adiante, inserindo nãolinearidade, estudamos a existência e caracterização de fenômenos de auto-aprisionamento em CQTDs. Ao considerar uma não-linearidade do tipo Kerr, associamos uma aquisição da fase dependente da densidade de probabilidade a cada instante de tempo. Ajustando o parâmetro não-linear e as moedas quânticas, mostramos a existência de diferentes regimes dinâmicos, incluindo aqueles com estruturas tipo sólitons viajantes ou localizados por autoaprisionamento. Após o mapeamento de eventos não-lineares em CQTDs, propomos um modelo para estudamos as consequências de termos ruídos e interação não-linear associados a um qubit se propagando em uma cadeia circular. Ao empregar medidas de coerência quântica, relatamos regimes instáveis emergentes nos quais surgem caminhadas quânticas, como auto-focalização e dinâmica de respiração. Ademais, estudamos a dinâmica de um caminhante quântico submetido simultaneamente a fases independentes e dependentes do tempo. Onde tal dinâmica emula uma partícula quântica carregada em uma rede submetida a uma superposição de campos elétricos estáticos e harmônicos. Com ajustes adequados, investigamos a possibilidade de induzir superoscilações do tipo Bloch, resultantes de uma sintonia próxima da frequência da fase harmônica e aquela associada às oscilações do tipo Bloch. Além disso, mostramos que sob condições exatas de ressonância é possível estabelecer um movimento unidirecional. Mostramos que a velocidade média de deriva pode ser bem descrita dentro de um modelo análogo de tempo contínuo. Por fim, usamos a estrutura geral de caminhadas quânticas discretas no tempo para estudar as origens físicas de ondas traiçoeiras através de uma modulação de fase aleatória. Revelamos suas estatísticas de cauda longa, o perfil de distribuição e a dependência com o grau de aleatoriedade do sistema. Conseguimos classificar esses eventos extremos como pertencentes à família Gumbel de distribuições.
Abstract: All the questions and situations presented in this thesis are complementary and intermingle to point the discussions towards its theme. We study the properties of transport, quantum entanglement, quantum coherence, superoscillations and the emergence of extreme events in discrete-time quantum walks (DTQWs). For this, it was necessary to insert some elements such as: aperiodicity, non-linearity, noises, disorder and artificial fields. We begin by studying how the localization properties, energy spectrum and quantum entanglement between degrees of freedom of a DTQWs are changed when adding an aperiodic spatial dependence in the quantum coin operator. The aperiodicity is described by coins spatially dependent on the positions in a 1D chain. Within the transport properties, we identified two regimes: delocalized and localized quantum walks mediated by an adequate adjustment of the parameter that controls the degree of aperiodicity of the distribution. Using energy spectra analysis, we show that at the initial stage inhomogeneity leads to a vanishing gap between two main bands, which justifies the predominantly delocalized character. For a sufficiently high degree of aperiodicity, we observe an energy spectrum, which resembles that described by Anderson’s one-dimensional model. Regarding the quantum entanglement of the system, we have shown many configurations where an increase in the ability to generate entanglement is observed. This behavior brings new information about the role of aperiodicity in this correlation between the space of position and the quantum coin for systems with static inhomogeneity, in contrast to what was previously reported, as almost always reducing entanglement when compared to the homogeneous case. Finally, we extend the analysis to show that systems with static heterogeneity are capable of exhibiting an asymptotic limit. Further on, inserting non-linearity, we study the existence and characterization of self-trapping phenomena in DTQWs. When considering a Kerr-type nonlinearity, we associate a probability density-dependent phase acquisition at each time step. Adjusting the nonlinear parameter and the quantum coins, we show the existence of different dynamic regimes, including those with traveling or self-trapping solitons-like structures. After mapping non-linear events in DTQWs, we propose a model to study the consequences of having noise and non-linear interaction associated with a qubit propagating in a circular chain. By employing quantum coherence measures, we report emerging unstable regimes in which quantum walks arise, such as self-focusing and breathing dynamics. Furthermore, we study the dynamics of a quantum walker submitted to independent and time-dependent phases simultaneously. Where such dynamics emulates a quantum particle charged in a lattice subjected to a superposition of static and harmonic electric fields. With appropriate adjustments, we investigated the possibility of inducing Bloch-type superoscillations, resulting from a tuning close to the harmonic phase frequency and that associated with Bloch-type oscillations. Furthermore, we show that under exact resonance conditions it is possible to establish a unidirectional motion. We show that the average drift velocity can be well described within an analog continuous-time model. Finally, we use the general framework of discrete-time quantum walks to study the physical origins of rogue waves through random phase modulation. We reveal its long-tail statistics, distribution profile, and dependence on the degree of randomness of the system. We were able to classify these extreme events as belonging to the Gumbel family of distributions.
Palavras-chave: Moedas aperiódicas
Coerência quântica
Não linearidade
Oscilações de Bloch
Auto-armadilhamento
Auto-focalização
Ondas traiçoeiras
Aperiodic coins
Quantum coherence
Nonlinearity
Extreme events
Bloch oscillations
Self-trapping
Self-focusing
Rogue waves
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: SILVA, Anderson Rafael Correia Buarque da. Propriedades de transporte e emaranhamento em caminhadas quânticas em tempo discreto. 2023. 210 f. Tese (Doutorado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11132
Data do documento: 11-mar-2022
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Propriedades de transporte e emaranhamento em caminhadas quânticas em tempo discreto.pdf27.73 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.