Sistemas quânticos de muitos corpos: do caos quântico até tecnologias quânticas

Resumo

O estudo de sistemas quânticos de muitos corpos está entrando em uma era paradigmática de mudanças atualmente. As recentes melhorias experimentais em, por exemplo, simuladores quânticos estão tornando possível a construção de sistemas quânticos de tamanho médio em isolamento quase perfeito de seu entorno. Ao mesmo tempo, essas novas possibilidades aumentam a necessidade de responder a algumas questões teóricas profundas. Exemplos são: Como os sistemas quânticos isolados termalizam? É possível construir fases localizadas estáveis de matéria de interação? Podemos usar sistemas quânticos de muitos corpos para armazenar e liberar energia? Esta proposta de pesquisa tem como objetivo abordar e responder a algumas dessas questões prementes. Nosso princípio orientador será o estudo de como o caos quântico, ou sua ausência, afeta a física dos sistemas quânticos de muitos corpos. Paralelamente, investigaremos como tal conhecimento pode ser utilizado no crescente campo da termodinâmica quântica e tecnologias quânticas. Desenvolveremos ferramentas numéricas para o estudo efetivo do exponencialmente grande espaço de Hilbert de sistemas quânticos de muitos corpos, fazendo uso também dos mais recentes avanços em redes neurais e arquiteturas de computação quântica. Também desenvolveremos um ponto de vista diferente sobre o uso de modelos colisionais em termodinâmica quântica. Este será baseado na ideia de estudar modelos colisionais não apenas como modelos de simulador de sistemas quânticos abertos, mas como plataformas reais viáveis em termodinâmica quântica. Os resultados desta investigação serão aplicados aos crescentes campos de localização de muitos corpos, cicatrizes quânticas de muitos corpos e baterias quânticas. (AU)