Quantum Darwinism and contextuality

Autor(es)

Roberto Dobal Baldijão

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2022-02-03

Membros da banca

Marcelo de Oliveira Terra Cunha; John Harry Selby; Matthew Fairbairn Pusey; Rafael Luiz da Silva Rabelo; Gustavo Silva Wiederhecker

• Orientador: Marcelo de Oliveira Terra Cunha

Resumo

Nessa tese tratamos o seguinte problema: por um lado, contextualidade revela, de maneira essencial, não-classicalidade na teoria quântica; por outro, nossa experiência cotidiana é bem descrita por modelos clássicos, não-contextuais. Como explicar, via teoria quântica, nossa experiência cotidiana não-contextual? Existe algum limite clássico da teoria responsável pelo desaparecimento de contextualidade quântica? Em busca de respostas para as perguntas acima, nós inicialmente analisamos um cenário em que observadores sequenciais tentam violar desigualdades de não-contextualidade do N-ciclo ímpar, através da melhor realização quântica. Nesta situação, testemunhar contextualidade rapidamente se torna impossível. Esse cenário sequencial pode ser relacionado a um ambiente contendo diversos subsistemas que interagem com o sistema central – de maneira similar àquela de modelos colisionais. Nessa interpretação, não-contextualidade emerge através da interação com um ambiente especial. Essa análise sugere uma investiga'cão focada em darwinismo quântico como o limite clássico capaz de levar a emergência de não-contextualidade de maneira mais genérica. De fato, pode-se argumentar que darwinismo quântico é responsável pela emergência de objetividade, como vivenciamos no nosso mundo cotidiano (aparentemente clàssico). O cenário sequencial descrito acima é bastante particular, portanto não pode ser considerado uma boa aproximação de processo típicos de darwinismo. Em busca de uma descrição mais geral, usamos a abordagem de Brandão, Piani & Horodecki para processos de darwinismo quãntico e, utilizando a noção de contextualidade devida a Spekkens, conseguimos mostrar que processos de darwinismo suficientemente bem-sucedidos levam à emergencia de não-contextualidade – e nós mostramos isso sem ser necessário discutir aspectos particulares da interação sistema-ambiente. Deste modo, alcançamosnosso primeiro objetivo. Existe, entretanto, uma clara assimetria entre os ingredientes principais utilizados nessa tese, isto é, darwinismo quântico e contextualidade: o último é melhor entendido sem a necessidade de assumir teoria quântica, enquanto que o primeiro é inerentemente ligado ao formalismo quântico. O segundo problema principal a que nos dedicamos surge: como descrever processos de darwinismo em termos mais gerais? O que aprendemos se assim o fizermos? Com este novo objetivo, descrevemos uma forma idealizada de darwinismo – levada a cabo por interações ‘fan-out’ adaptadas da CNOT – ao formalismo de teorias de probabilidades generalizadas (GPTs). Nessa linguagem, que não se baseia no formalismo quântico, pode-se ir além de contemplar a existência de processos de darwinismo, sendo possível discutir quais princípios são necessários ou suficientes para permitir a existência desses processos. Além disso, descrevemos darwinismo em uma teoria não-quântica em particular, isto é, o modelo-brinquedo de Spekkens. Esse modelo tem impactos cruciais em pesquisas de fundamentos de física, e ao demonstrar existência de darwinismo neste modelo mostramos que esse tipo de emergência de classicalidade não é particular da teoria quântica. Além disso, este exemplo mostra que as condições suficientes que encontramos não são necessárias. Finalmente,essa busca por Darwinismo em GPTs, no contexto desta tese, também aponta para uma perspectiva clara, que esperamos ser analisada no futuro: o estudo de emergência de não-contextualidade em GPTs (AU)

• Processo FAPESP: 16/24162-8 - Darwinismo quântico e contextualidade
• Beneficiário: Roberto Dobal Baldijão
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado