Correlações quânticas em sistemas abertos

Abstract

Resumo: Nesta tese estudamos correlações quânticas e os efeitos do ambiente em sistemas de dois qubits. Nossa análise se divide em dois aspectos principais: (i) estudo da hierarquia entre correlações quânticas, e (ii) análise do fluxo de correlações em sistemas tripartidos. Para o estudo da hierarquia, analisamos as seguintes correlações: discórdia quântica generalizada, emaranhamento, direcionamento EPR e não-localidade de Bell para estados X com marginais maximamente misturadas. Para introduzir o direcionamento EPR nessa análise, propomos um quantificador para sistemas gerais de dois qubits nos cenários de duas e três medições por sítio, baseado em desigualdades de direcionamento EPR bem estabelecidas. Além disso, estudamos a robustez das correlações sob canais de ruído, encontrando uma cronologia de mortes e ressurgimentos súbitos. Analisamos o fluxo de correlações em dois diferentes contextos. No primeiro, investigamos a dinâmica de informação entre as partes de sistemas tripartidos através de resultados envolvendo a monogamia da informação mútua. Em particular, encontramos um cenário típico no qual informação local tende a ser convertida em informação delocalizada. Ademais, calculamos analiticamente uma quantidade capaz de revelar regimes favoráveis para não-Markovianidade no nosso modelo. Numa segunda análise, baseada na dinâmica exata de um sistema de dois qubits e o ambiente, dado por um banho térmico usual de osciladores harmônicos, derivamos critérios de separabilidade e emaranhamento entre um estado X inicial e o ambiente, não encontrando nenhuma relação entre a perda de emaranhamento no sistema (de dois qubits) e o surgimento de emaranhamento entre o sistema e o ambiente.

Abstract: In this thesis we study quantum correlations and the effects of the environment in two-qubit systems. Our analysis is divided in two main aspects: (i) study of the quantum correlations hierarchy, and (ii) analysis of the flow of correlations in tripartite systems. For the study of hierarchy, we analyze the following correlations: generalized quantum discord, entanglement, EPR steering, and Bell nonlocality for X states with maximal marginals. In order to include steering in this analysis, we propose a quantifier for general two-qubit systems in scenarios of two- and three-measurements per site, based on steering inequalities well established. Besides that, we study the correlations robustness under noisy channels, finding a chronology of sudden deaths and sudden births. We analyze the flow of correlations in two different contexts. In the first, we investigate the information dynamics between the parts of tripartite systems through results involving the monogamy of mutual information. In particular, we find a typical scenario in which local information tends to be converted in delocalized information. Moreover, we calculate analytically a quantity capable of revealing favorable regimes for non-Markovianity in our model. In a second analysis, based on the exact dynamics of a system of two-qubit and the environment, given by an usual thermal bath of harmonic oscillators, we derive separability and entanglement criteria between an initial X state and the environment, not finding any relation between the lost of entanglement within the system of two-qubit and the build up of entanglement between the system and the environment.