Café com Física

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13 de agosto de 2014
16h30
Sala F-210

Roberto Serra

UFABC

Observando flutuações quânticas e criando demônios de Maxwell

em sistemas quânticos fora do equilíbrio

Produção de entropia é um fato ubíquo da natureza; acontece invariavelmente em uma diversidade de circunstancias, impondo limites para aplicações tecnologias, processamento de informação, processos biológicos, etc... Este fenômeno é ainda mais provocativo a nossa intuição sobre irreversibilidade em contextos fora (longe) do equilíbrio. Neste caso a observação de flutuações de energia são fundamentais para a descrição de quantidades termodinâmicas tais como: trabalho, calor e entropia. Estas quantidade são governadas por relações de flutuação que recentemente foram experimentalmente verificadas em sistemas quânticos. O desenvolvimento de técnicas de controle coerente associados a Ciência da Informação Quântica nos permitiram acessar tais flutuações e testar suas consequências no laboratório. Neste seminário discutiremos avanços em direção ao que tem recebido o nome de “Termodinâmica Quântica”. Em particular, apresentaremos uma plataforma experimental, empregando técnicas de Ressonância Magnética Nuclear (NMR), onde flutuações quânticas (em sistemas fora do equilíbrio) podem ser observadas e estudadas. Mostraremos também a implementação de uma Máquina Térmica Quântica constituída de um único spin-1/2. Em microescala é possível observar produção negativa de entropia em uma historia particular do sistema. Embora a Segunda Lei continue sendo verificada na média na media de todas as historias, é possível observar “violações aparentes”. O acesso a estatística de distribuição de entropia (que temos em nosso experimento) nos permite atuar como um demônio de Maxwell. Podemos, por exemplo, pós-selecionar a(s) historia(s) que nos interessam ao custo de introduzir memória (clássica ou quântica). Mostraremos como implementar tal demônio em nossa plataforma, consequências para Segunda Lei e as perspectivas em “single-shot thermodynamics”. Por fim, discutiremos algumas tendências futuras e problemas em aberto nesta emergente e instigante linha de investigação.