Neste artigo é apresentado um método numérico que pode ser utilizado por alunos de graduação para a solução de problemas em física quântica de poucos corpos. O método é aplicado a dois problemas de dois corpos geralmente vistos pelos estudantes: o átomo de hidrogênio e o dêuteron. O método porém, pode ser estendido para três ou mais partículas.
Neste artigo é apresentado um método numérico que pode ser utilizado por alunos de graduação para a solução de problemas em física quântica de poucos corpos. O método é aplicado a dois problemas de dois corpos geralmente vistos pelos estudantes: o átomo de hidrogênio e o dêuteron. O método porém, pode ser estendido para três ou mais partículas.
A Fisica Quântica ou Mecânica Quântica e o ramo da Fisica que estuda os fenomenos subatomicos, ou seja, os fenomenos que ocorrem em escalas de nivel menor que a escala atomica e surgiu da necessidade de complementar a Mecânica Classica que ja nao podia explicar completamente alguns fenomenos, como por exemplo, o movimento dos eletrons na eletrosfera dos atomos e os diferentes comportamentos observados na luz. A Fisica Quântica constitui uma area avancada da Fisica, chamada Fisica Moderna, que geralmente nao e abordada no Ensino Medio ficando restrita a estudantes de Ensino Superior, porem desperta grande interesse daqueles que gostariam de compreender esta area que tanto contribuiu para a evolucao da Fisica. O fato de nao ser um topico abordado no Ensino Medio, juntamente com divulgacoes equivocadas dos conceitos envolvidos acaba por fazer com que parte das pessoas acredite que a Fisica Quântica esteja ligada, por exemplo, a saude e a espiritualidade. Com o objetivo de poder explica-la de forma clara e sucinta esta pesquisa busca a compreensao de alguns dos conceitos que fundamentam a Fisica Quântica bem como esclarecer, na forma de divulgacao cientifica, sua importância na evolucao do estudo da Fisica, sem aprofundamento de conteudos, ou seja, sem o uso de equacao fisicas e matematicas. Neste trabalho a principal metodologia empregada foi a Pesquisa Bibliografica realizada em livros didaticos de Fisica, livros de divulgacao cientifica e sites da internet.
El problema general en mecánica cuántica está basado en la solución de una ecuación en valores propios de un operador dado (en una representación adecuada), generalmente dicho operador es el Hamiltoniano que da cuenta de la interacción energética (salvo que dependa del tiempo) del sistema en cuestión. La solución de la ecuación de Schrödinger permite escribir el comportamiento dinámico del sistema sometido a ciertas restricciones. Sin embargo, la solución analítica de esta ecuación es viable solo en sistemas simples, cuando el sistema se describe desde la interacción de muchas partículas (problema electrónico-base de la construcción de sistemas cuánticos complejos aplicable a la descripción de moléculas, sólidos y sistemas cuánticos interactuantes en general.) la solución de la ecuación de Schrödinger del sistema no se puede realizar vía método analítico; con lo cual existe una forma más global de enfrentar dicho problema, el método auto consistente; mediante el cual se puede solucionar sistemas complejos de muchos cuerpos. Es así que en el presente paper presentamos una comparación entre el sistema auto consistente y algunas variantes que existen, con el método analítico en sistemas de muchos cuerpos y como opera dicho método, esto aplicado a un problema de dos cuerpos con interacción Coulombiana, ya que este problema presenta solución analítica y ha sido extensamente estudiado; esto con la finalidad de que los estudiantes interesados en la materia comprendan como se abordan problemas vía métodos auto consistentes y como opera este método, ya que en la literatura pocas veces se presenta el algoritmo de solución mediante este método.Palabras clave: Mecánica Cuántica, Método Auto-Consistente, problema de dos cuerpos. AbstractThe general problem in quantum mechanics is based on the solution of an equation in eigenvalues of a given operator (in a suitable representation), generally said operator is the Hamiltonian that accounts for the energy interaction (unless it depends on the time) of the system in question. The solution of the Schrodinger equation allows writing the dynamic behavior of the system subject to certain restrictions. however, the analytical solution of this equation is feasible only in simple systems, when the system is described from the interaction of many particles (electronic problem- basis of the construction of complex quantum systems applicable to the description of molecules, solids and interacting quantum systems in general.), the solution of the Schrödinger equation of the system can´t be performed via analytical method; with which there is a more global way of facing this problem, the self-consistent method; through which complex systems of many bodies can be solved. thus, in the present paper we present a comparison between the self-consistent system and some variants that exist, with the analytical method in systems of many bodies and how this method operates, this applied to a problem of two bodies with Coulombian interaction, since this problem presents an analytical solution and has been extensively studied; this in order that students interested in the subject understand how problems are addressed through self-consistent methods and how this method operates, since in the literature rarely the solution algorithm is presented by this method.Keywords: Quantum mechanics, Self Consistent Field, Two body problem. ResumoO problema geral em mecânica quântica está baseado na solução de uma equação em valores próprios de um operador determinado (numa representação adequada), geralmente dito operador é o Hamiltoniano que dá conta da interação energética (a menos que dependa do tempo) do sistema em questão. A solução da equação de Schroedinger permite escrever o comportamento dinâmico do sistema sometido a certas restrições. No entanto, a solução analítica desta equação é viável só em sistemas simples, quando o sistema se descreve desde a interação de muitas partículas (problema electrónico-base da construção de sistemas quânticos complexos aplicável à descrição de moléculas, sólidos e sistemas quânticos que geralmente interagem) a solução da equação de Schroedinger do sistema não pode realizar-se via método analítico; com o qual existe uma forma mais global de enfrentar dito problema, o método auto consistente; através do qual se pode solucionar sistemas complexos de muitos corpos. Neste estudo, apresentamos uma comparação entre o sistema auto consistente e algumas variantes que existem, com o método analítico em sistemas de muitos corpos e como é a operação de dito método, isto aplicado a um problema de dois corpos com interação Coulombiana, já que este problema apresenta solução analítica e tem sido extensamente estudado; isto com a finalidade de que os alunos interessados na disciplina compreendam como se abordam problemas via métodos auto consistentes e a operação deste método, já que na literatura poucas vezes se apresenta o algoritmo de solução através deste método.Palavras-chave: Mecânica quântica, método auto consistente, problema de dois corpos.
O método de Adomian é usado na solução de equações diferenciais não lineares com resíduo, em áreas das engenharias. Nesse trabalho, usaremos o método para transformar a Equação de Schrödinger não linear em um sistema de equações lineares para, então, estudar a construção de um algoritmo quântico de Adomian. Como método, realizamos uma revisão bibliográfica do método de Adomian e utilizamos Matlab para aplicar o método, no caso de um sistema clássico. Já quanto a versão quântica do método, fizemos uma revisão bibliográfica de algoritmos quânticos e identificamos possibilidades de usos de algoritmos quânticos para equações diferenciais lineares que podem ser utilizados, após a aplicação do método de Adomian. Nesse particular, discutimos abordagens que poderão ser úteis em trabalhos futuros. Resultados os resíduos do método de Adomian são muito variáveis em ordem de grandeza, contudo, em certas condições, o método apresenta soluções muito próximas da solução real. A ideia de algoritmo quântico proposto neste trabalho precisa ser aprofundada em estudos futuros para ser testada de forma apropriada, dependendo do sistema que se queira trabalhar.
Este livro, concebido como um projeto de iniciacao cientffica na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) e desenvolvido no Instituto de Estudos em Computação e Informação Quânticas (IQuanta) objetiva oferecer aos alunos dos cursos de graduacao em Ciencia da Computacao um texto que introduz de forma clara e didática os conceitos de Computação Quântica a partir dos conhecimentos que os alunos já possuem, utilizando a analogia com os conceitos clássicos conhecidos como ferramenta pedagógica. Segundo Moore e Crutchfield, quando se busca entender computação num contexto quântico, pode ser útil trasladar tantos conceitos da teoria da computação clássica quantos forem possíveis para o caso quântico, a começar do nível mais baixo da hierarquia computacional (hierarquia de Chomsky), ou seja, dos autômatos finitos. Um problema adicional neste processo de entendimento e, porém, a necessidade de conhecimentos teóricos em Física, Matemática e Computação que não fazem parte do conteúdo normalmente explorado na graduação em Ciência da Computação. Assim, neste livro, é apresentado, em dois capítulos (Capítulo 1 e Capítulo 2), uma revisão dos conceitos de Matemática (Álgebra Linear e Vetorial Complexa) e de Física (Mecânica Quântica) básicos necessários para o entendimento do assunto. Em seguida, no Capítulo 3, é feita uma revisão dos modelos de autômatos finitos determinísticos e não-determinísticos. O Capítulo 4 é dedicado a uma introdução ao modelo de autômato probabilístico, que geralmente não faz parte do conteúdo ministrado sobre automates nos cursos de graduação em Ciência da Computação, mas sua compreensão é fundamental para o entendimento de autômatos finitos quânticos.
O modelo da partícula na caixa é uma aproximação fundamental para a descrição do sistema quântico mais simples no qual uma partícula translada em um espaço limitado por um potencial infinito. Invocando os postulados da mecânica quântica, a solução para este sistema nos fornece os valores das energias permitidas E e suas respectivas funções de onda Y. Em virtude da sua simplicidade, o sistema da partícula na caixa oferece um bom ponto de partida para a experimentação de métodos para a solução das equações diferenciais que caracterizam a descrição de sistemas quânticos mais complexos. Neste texto é apresentada uma descrição do modelo da partícula na caixa com diferentes abordagens, ou seja, abordagens semiclássicas, analíticas e numéricas para caixas representadas pelo sistema cartesiano. Os métodos numéricos apresentados são implementados na linguagem PYTHON para experimentação por parte do leitor utilizando o código fonte também apresentado ao final do texto.