Ergotropia : monitoramento e conexão com correlações quânticas

Abstract

Resumo: Desde a década de 1980, as tecnologias quânticas têm se desenvolvido de forma cada vez mais acelerada. Para otimizar o uso dessas tecnologias, é necessário evitar o desperdício de recursos como trabalho e informação para o ambiente. Nesse contexto, é importante compreender como as quantidades termodinâmicas de sistemas quânticos se comportam. Este trabalho tem como objetivo estudar a extração máxima de trabalho termodinâmico de sistemas quânticos por meio de transformações cíclicas unitárias, conhecida como ergotropia, e sua relação com as correlações quânticas. Dado um sistema quântico acoplado a uma ancila (sistema auxiliar), com a qual compartilha correlações quânticas, ao medi-la projetivamente, obtém-se informação sobre a parte não medida (sistema), tornando possível gerar uma maior extração de trabalho termodinâmico, denominada ergotropia demoníaca. Na literatura, correlações quânticas como discórdia quântica e emaranhamento foram relacionadas a esse ganho, mas, em ambos os casos, existem estados onde essas correlações são nulas e ainda assim há ganho. Portanto, buscamos identificar outro recurso quântico que possa explicar o surgimento desse ganho- em particular, para estados de Bell diagonais, verificamos que a não-localidade baseada em realismo é, de fato, um recurso para o ganho de ergotropia. Além disso, introduzimos um mapa de monitoramento para implementar medições fracas no protocolo da ergotropia demoníaca, e como resultado apresentamos a ergotropia monitorada, que varia linearmente com o parâmetro que controla a intensidade da medição. Mostramos que nossos resultados são intuitivos com a definição de medição fraca e diferem de outra abordagem que utiliza medições fracas seletivas

Abstract: Since the 1980s, quantum technologies have been developing ever more rapidly. To optimize the use of these technologies, it is essential to avoid wasting resources such as work and information to the environment. In this context, understanding how thermodynamic quantities behave in quantum systems is crucial. This work aims to study the maximum extraction of thermodynamic work from quantum systems through unitary cyclic transformations, known as ergotropy, and its relationship with quantum correlations. Given a quantum system coupled to an ancilla (auxiliary system), with which it shares quantum correlations, performing a projective measurement on the ancilla provides information about the unmeasured part (the system), enhancing the thermodynamic work extraction, referred to as daemonic ergotropy. In the literature, quantum correlations such as quantum discord and entanglement have been related to this gain, but in both cases, there are states where these correlations are zero and there is still a gain. Therefore, we seek to identify another quantum resource that could explain the emergence of this gain. Specifically, for Bell-diagonal states, we verify that realism-based nonlocality is, indeed, a resource for ergotropic gain. Additionally, we introduce a monitoring map to implement weak measurements in the daemonic ergotropy protocol and, as a result, present the monitored ergotropy, which varies linearly with a parameter that controls the measurement’s strength. We show that our results are more intuitive with the definition of weak measurement and differ from another approach that uses selective weak measurements