Quantum refrigerators operating under effective negative temperatures
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Data
2023-02-24
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Universidade Federal de Goiás
Resumo
Ao longo das últimas décadas, uma nova teoria tem sido desenvolvida com o intuito de
descrever a termodinâmica de sistemas quânticos microscópicos, a qual ficou conhecida como
termodinâmica quântica. Uma aplicação interessante dessa teoria está no desenvolvimento de
motores térmicos nos quais a substância de trabalho é um sistema quântico microscópico,
esses dispositivos passaram a ser conhecidos como motores térmicos quânticos. Dentro desse
contexto, o estudo de refrigeradores quânticos tem atraído bastante atenção especialmente
para sua aplicação potencial em sistemas nanoscópicos. Nesse contexto, a presente
dissertação apresenta dois estudos relacionados a um refrigerador quântico autônomo. No
primeiro estudo, abordamos um refrigerador autônomo composto por três qubits operando
com um dos reservatórios com temperaturas negativas, que tem como finalidade resfriar um
dos qubits. Encontramos os valores da temperatura mais baixa possível que o qubit de
interesse atinge ao fixar os parâmetros relevantes e também analisamos o limite para resfriar
o qubit arbitrariamente próximo ao zero absoluto. Procedemos assim a um estudo
comparativo mostrando que reservatórios com temperaturas negativas efetivas são mais
poderosos do que aqueles em temperaturas positivas para resfriar o qubit de interesse. No
segundo estudo, realizamos um estudo de caso de um refrigerador quântico operando na
presença de reservatórios térmicos bosônicos ou fermiônicos, e mostramos que os banhos
fermiônicos apresentam vantagens sobre os bosônicos. Por fim, é feita uma discussão sobre o
uso de reservatórios com população invertida e a medida de eficiência utilizada para esses
sistemas.
Descrição
Citação
DAMAS, G. G. Quantum refrigerators operating under effective negative temperatures. 2023. 65 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2023.