| Summary: | Orientador: Prof. Dr. Roberto Menezes Serra === Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2014. === A termodinâmica nos permite analisar o desempenho de máquinas térmicas que tem a
capacidade de converter o calor em trabalho útil. As leis da termodinâmica (sobretudo a
segunda) impõem limites em diversos processos incluindo processamento de informação em
computadores clássicos. O desenvolvimento de dispositivos cada vez menores no âmbito da
computação tem suscitado perguntas sobre qual seria o limite de aplicabilidade das leis da
termodinâmica quando os mesmos estiverem próximos do limite quântico. Este tipo de questionamento tem vinculado diferentes disciplinas em uma nova área de pesquisa que tem sido chamada de termodinâmica quântica. A presente dissertação se insere nesse novo campo do conhecimento, especificamente estudamos a possibilidade de implementação de uma máquina térmica quântica que opera fora do equilíbrio e emprega um único "qubit" como substancia de trabalho. Para este propósito usamos as ferramentas subjacentes aos teoremas de flutuação para expressar adequadamente quantidades como trabalho e calor (que no contexto quântico são variáveis estocásticas). Descrevemos em detalhes o ciclo termodinâmico para extração de trabalho em tempo finito, cuja dinâmica é controlado por mudanças súbitas ("quenches") de um campo externo. O protocolo proposto pode ser implementado e completamente caracterizado utilizando a tecnologia atual no contexto de "Resonância Magnética Nuclear (RMN)". Finalmente, mostramos os regimes de operação da referida máquina quântica. === Thermodynamics allows us to analyze the performance of thermal machines, which has
the ability to convert the heat into useful work. Among others, the laws of thermodynamics
(especially the second) impose limits in various processes including information processing
in classical computers. The development of increasingly smaller computing devices, has
raised questions about which would limit the applicability of the laws of thermodynamics,
when they are close to the quantum limit. This type of questioning has linked different
disciplines into a new area of research that has been called quantum thermodynamics. This
dissertation is inserted into this new field of knowledge. Specifically we study the possibility
of implementing a quantum heat engine which operates out of equilibrium, and employs
a single "qubit" as working substance. For this purpose we use the underlying tools of
fluctuations theorems to adequately express quantities such as work and heat (which in the
quantum context are stochastic variables). We describe in detail the thermodynamic cycle for
work extraction in finite time, whose dynamics is controlled by "quenches", or sudden changes in an external field. The proposed protocol can be implemented and fully characterized using the current technology in the context of " Nuclear Magnetic Resonance (NMR)". Finally, we show the regimes of the machine operation
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