Quantum refrigerators operating under effective negative temperatures

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dc.contributor.advisor-co1Assis, Rogério Jorge de
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7703787869253387pt_BR
dc.contributor.advisor1Almeida, Norton Gomes de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3182841849332242pt_BR
dc.contributor.referee1Almeida, Norton Gomes De
dc.contributor.referee2Souza, Alexandre Martins de
dc.contributor.referee3Maia, Leonardo Paulo
dc.creatorDamas, Gabriella Gonçalves
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8394724060015959pt_BR
dc.date.accessioned2023-04-20T11:28:18Z
dc.date.available2023-04-20T11:28:18Z
dc.date.issued2023-02-24
dc.description.abstractAo 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.por
dc.description.resumoOver the last few decades, a new theory has been developed in order to describe the thermodynamics of microscopic quantum systems, which became known as quantum thermodynamics. An interesting application of this theory is in the development of heat engines in which the working substance is a microscopic quantum system. These devices came to be known as quantum heat engines. Within this context, the study of quantum refrigerators has attracted a lot of attention, especially for its potential application in nanoscopic systems. In this context, this dissertation presents two studies related to an autonomous quantum refrigerator. In the first study, we approach an autonomous refrigerator composed of three qubits operating with one of the reservoirs at negative temperatures, which aims to cool one of the qubits. We find the values of the lowest possible temperature that the qubit of interest reaches when fixing the relevant parameters and we also analyze the limit for cooling the qubit arbitrarily close to absolute zero. We thus proceed to a comparative study showing that reservoirs at effective negative temperatures are more powerful than those at positive temperatures to cool the qubit of interest. In the second study, we carried out a case study of a quantum refrigerator operating in the presence of bosonic or fermionic thermal reservoirs, and we showed that fermionic baths have advantages over bosonic ones. Finally, a discussion is carried out on the use of reservoirs with inverted populations and the efficiency measure used for these systems.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationDAMAS, G. G. Quantum refrigerators operating under effective negative temperatures. 2023. 65 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/12766
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Física - IF (RMG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Fisica (IF)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectTermodinâmica quânticapor
dc.subjectRefrigeradores quânticospor
dc.subjectTemperatura negativapor
dc.subjectQuantum thermodynamicseng
dc.subjectQuantum refrigeratorseng
dc.subjectNegative temperatureeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOESpt_BR
dc.titleQuantum refrigerators operating under effective negative temperaturespt_BR
dc.title.alternativeRefrigeradores quânticos operando sob temperaturas efetivas negativaspor
dc.typeDissertaçãopt_BR

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