Contextualidade e termodinâmica quântica

• Processo: 23/02986-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Geral
• Pesquisador responsável: Bárbara Lopes Amaral
• Beneficiário: Felipe Almeida Barretto
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 20/06454-7 - Não-localidade e contextualidade como recurso para informação quântica, computação quântica e certificação de dispositivos quânticos, AP.JP
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/08701-2 - Emergência de Não-contextualidade por Darwinismo Quântico, BE.EP.MS
• Assunto(s): Mecânica quântica Termodinâmica Informação quântica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Fisica Quantica | Termodinâmica | Informação Quântica

Resumo

Medições em sistemas quânticos possuem um caráter probabilístico intrínseco que não pode ser explicado da mesma forma que o comportamento probabilístico dos sistemas clássicos. Em particular, dependendo das relações de incompatibilidade entre as medições e o estado do sistema quântico que está sendo testado, é impossível descrever as probabilidades geradas por um experimento usando um único espaço de probabilidade clássico. Essa impossibilidade tem várias consequências, e a contextualidade e a não-localidade são duas características intrigantes de sistemas quânticos que emergem dessa observação. A não-localidade quântica e a contextualidade quântica são ingredientes necessários para a vantagem dos sistemas quânticos sobre suas contrapartidas clássicasem uma infinidade de situações. A não-localidade é um ingrediente essencial em vários protocolos independentes de dispositivo envolvendo sistemas multipartidos; a contextualidade quântica é um recurso necessário para a computação universal em modelos baseados emdestilação de estados mágicos, em computação quântica baseada em medição e também em modelos computacionais de qubits; a presença de contextualidade em um determinado sistema limita a memória clássica necessária para simular o experimento e, em algumas situações, reproduzir os resultados de medições sequenciais em um sistema quântico exibindo contextualidade requer mais memória do que acapacidade de armazenamento de informação do próprio sistema; a não-localidade e a contextualidade podem ser usadas para certificar a geração de números genuinamente aleatórios, um grande problema em diversas áreas, especialmente na criptografia; a contextualidadevantagens nos problemas de discriminação de estados e em protocolos de comunicação unidirecionais.Recentemente, a contextualidade quântica também foi identificada como um recurso para certificar assinaturas quânticas em termodinâmica e metrologia.Termodinâmica quântica é o campo de pesquisa que investiga calor, trabalho, temperatura e conceitos relacionados em sistemas quânticos. Ametrologia quântica é o campo de pesquisa que investiga como desenvolver estratégiaspara realizar medições de alta resolução e altamente sensíveis de parâmetros físicos usando sistemas quânticos.Uma diferença fundamental entre a dinâmica clássica e a quântica é que a últimaé geralmente contextual. Isso implica a existência de máquinas quânticas cujao aumento da saída de energia requer contextualidade. A contextualidade também pode ser usada como um recurso para a metrologia.Neste projeto nosso objetivo é investigar a relação entre contextualidade quântica e termodinâmica quântica, bem como problemas relacionados, comometrologia quântica. A contextualidade pode estar relacionada com a termodinâmica em doismaneiras. Por um lado, pode ser usado como recurso para entender e projetarvantagens quânticas em tarefas termodinâmicas. Por outro lado, como a contextualidade está relacionada às estatísticas de um experimento, a contextualidade está relacionadaà informação, e informação é um conceito importante em termodinâmica.