Aplicações do quantum speed limit em sistemas quânticos relativísticos e não relativísticos

Abstract

Este trabalho tem como objetivo estudar as aplicações do mínimo tempo de evolução em sistemas quânticos não relativísticos e relativísticos. Inicialmente, analisa-se a dinâmica de um elétron em um campo magnético uniforme, encontrando uma relação entre a transição de tais estados e o deslocamento espacial médio do elétron. Utilizando uma descrição relativística através da equação de Dirac verifica-se que o deslocamento espacial do elétron nunca se dá a velocidades maiores que a velocidade da luz no vácuo no menor intervalo de tempo que caracteriza a transição entre os estados inicial e ortogonal. Enquanto que utilizando uma descrição não relativística do sistema através do Hamiltoniano de Pauli, o elétron pode atingir velocidades maiores que a velocidade da luz no vácuo para campos magnéticos muito intensos. Tal resultado permite que seja estabelecida uma conexão entre o espaço abstrato de Hilbert e o espaço das coordenadas espaço-temporais, além de delimitar a teoria mais adequada para o tratamento deste sistema físico. Na segunda parte desse trabalho, utiliza-se o QSL de uma maneira diferente da usual, buscando prever o tempo real da evolução de um processo físico, a partir do critério de Mandelstam-Tamm estendido para estados puros de sistemas dependentes do tempo e de dinâmica unitária. Propõe-se um método baseado na ação de uma transformação unitária que permite descrever o sistema quântico em outro referencial onde a incerteza de energia é menor, e portanto, a rapidez da evolução é mais lenta. Por conseguinte, a aplicação do critério Mandelstam-Tamm estendido no novo referencial permite obter previsões mais próximas do tempo real da evolução. A fim de testar a validade do método proposto, compara-se o seu poder de previsão com o tempo de evolução do spin nuclear 1/2 de um átomo de Fósforo da molécula acido o-fosfórico e do spin nuclear 3/2 de um átomo de sódio da molécula dodecil sulfato de sódio. Em geral, este tipo de sistema é descrito por hamiltonianos altamente oscilantes no referencial do laboratório de modo que no referencial girante esse é descrito por um hamiltoniano independente do tempo. Nos exemplos aqui delineados, as previsões obtidas para um determinado estado inicial puderam ser melhoradas até quatro ordens de grandeza.<br>

Abstract : This work aims to study the application of the minimum evolution time in quantum systems not relativistic and relativistic. Initially, we analyze the dynamics of an electron in a uniform magnetic field, finding a relationship between the transition of these states and the average spatial displacement of the electron. By using a relativistic description by Dirac equation it can be seen that the spatial displacement electron never occurs at speeds greater than the speed of light in vacuum in the shortest time interval that characterizes the transition between the initial and orthogonal states. While using a non-relativistic description of the system through the Hamiltonian Pauli, the electron can achieve greater velocities than the speed of light in vacuum for strong magnetic fields. This result allows a connection to be established between the abstract Hilbert space and the space of space-time coordinates, and define the most suitable theory for the treatment of this physical system. In the second part of this work, we use the QSL in a different way from usual, trying to predict the real-time evolution of a physical process, from Mandelstam-Tamm extended bound to pure states of time-dependent and dynamic systems unit. We propose a method based on the action of a processing unit that allows describing the quantum system into another frame in which the uncertainty of energy is smaller, and hence the speed of change is slower. Therefore, the application of Mandelstam-Tamm extended bound in the new framework allows for closer to the real-time evolution forecasts. In order to test the validity of the proposed method, compares their predictive power with the time evolution of the nuclear spin 1/2 of a phosphorus atom of the phosphoric acid molecule and the nuclear spin 3/2 of an atom of sodium dodecyl sulphate molecule. In general, this type of system is described by highly oscillating Hamiltonian in the reference laboratory so that the rotating frame that is described by a time-independent Hamiltonian. In the examples outlined here, the predictions obtained for a given initial state might be improved by up to four orders of magnitude.