Estudamos as restrições impostas pelo princípio da covariância sobre o procedimento de quantização em espaços planos e curvos. Mostramos que o conjunto de todas as quantizações covariantes em espaços planos em coordenadas retangulares é composto de ordenamentos de operadores de posição e momento e exibimos uma parametrização funcional deste conjunto. Deduzimos regras para a quantização covariante em espaços planos em coordenadas gerais. Generalizamos estas quantizações para espaços curvos e mostramos que nestes espaços, além da ambiguidade de ordenamento, surge uma nova ambiguidade relacionada à curvatura. Este novo tipo de ambiguidade explica o surgimento de uma classe grande de potenciais quânticos no problema da quantização de uma partícula não relativística em um espaço curvo.
Estudamos as restrições impostas pelo princípio da covariância sobre o procedimento de quantização em espaços planos e curvos. Mostramos que o conjunto de todas as quantizações covariantes em espaços planos em coordenadas retangulares é composto de ordenamentos de operadores de posição e momento e exibimos uma parametrização funcional deste conjunto. Deduzimos regras para a quantização covariante em espaços planos em coordenadas gerais. Generalizamos estas quantizações para espaços curvos e mostramos que nestes espaços, além da ambiguidade de ordenamento, surge uma nova ambiguidade relacionada à curvatura. Este novo tipo de ambiguidade explica o surgimento de uma classe grande de potenciais quânticos no problema da quantização de uma partícula não relativística em um espaço curvo.
Neste trabalho estudamos o problema relacionado à construção de uma teoria quântica para uma partícula, se movendo não relativisticamente num espaço curvo, tratado como uma subvariedade de outro Euclideano, talvez dando maior ênfase ao aspecto geométrico envolvido nesta abordagem, uma vez que os demais trabalhos relacionados ao mesmo tema não o fazem. Além de mostrarmos que o consequente uso de uma teoria de sistemas vinculados não contribui para remover as ambiguidades da formulação quântica, relacionados diretamente ao ordenamento de operadores, também apresentamos, através de uma quantização específica feita sob a prescrição de Dirac, elementos que permitem não apenas construir um formalismo quântico covariante, mas também liberto de qualquer correção quântica. Em adição, fazemos alguns comentários gerais no que se refere às outras abordagens clássicas possíveis para o mesmo problema, intentando construir teorias quânticas associadas ao sistema sob consideração.
Neste trabalho estudamos inicialmente o surgimento de fases geometricas nas dinâmicas quânticas relativistica e nao-relativistica de uma particula neutra que possui momento de
dipolo magnetico e eletrico permanente interagindo com campos eletricos e magneticos externos
na presenca de defeitos topologicos lineares. Para descrevermos defeitos topologicos
lineares usamos a aproximacao proposta por Katanaev e Volovich, onde defeitos lineares em solidos sao descritos por elementos de linha que sao solucoes das equacoes de Einstein
no contexto da relatividade geral. Analisamos tambem a
inuencia de efeitos nao-inerciais na dinâmica quântica de uma particula neutra em dois tipos distintos de referenciais para
os observadores: um e o referencial de Fermi-Walker e outro e um referencial girante.
Vemos que a diferenca entre dois referenciais esta na presenca/ausencia de efeitos de arrasto
do espaco-tempo que ira influenciar diretamente na mudanca de fase na funcaao de
onda da particula neutra. Em seguida, usamos nosso estudo de fases geometricas para
fazer aplicacoes na Computacao Quântica Holonomica onde mostramos uma nova maneira de implementar a Computacao Quântica Holonomica atraves da interacao entre momentos
de dipolo e campos externos e pela presenca de defeitos topologicos lineares. Outra
aplicacao para a Computacao Quântica Holonomica esta baseada na estrutura de defeitos
topologicos em um material chamado grafeno. Na presenca de defeitos topologicos lineares,
esse material apresenta duas fases quânticas de origens distintas: uma da mistura
dos pontos de Fermi e outra da topologia do defeito. Para dar uma descricao geometrica para a origem de cada fase no grafeno usamos a Teoria de Kaluza-Klein, onde a dimensao extra sugerida por esta teoria descreve os pontos de Fermi no grafeno. Portanto, a implementacao da Computacao Quântica Holonomica no grafeno esta baseada na possibilidade
de construir cones e anticones de grafite de tal maneira que se possa controlar os fluxos
quânticos no grafeno. Na ultima parte deste trabalho estudamos a quantizacao de Landau
para particulas neutras tanto na dinâmica nao-relativistica quanto na dinâmica relativistica. Na dinâmica nao-relativitica, estudamos a quantizacao de Landau na presenca
de defeitos em um referecial inercial e, em seguida, em um referencial naoo-inercial. Na
dinâmica relativistica, estudamos inicialmente a quantizacao de Landau no espaco-tempo
plano em duas configuracoes de campos diferentes. Por fim, estudamos a quantizacao de
Landau relativistica para particulas neutras no espaco-tempo da deslocacao cosmica.
A parte inicial desta tese está relacionada com o formalismo das integrais de Feynman num espaço curvo. Desenvolvemos um processo de quantização para uma partícula movendo-se em uma variedade Riemeniana de dimensão n a qual tem o mérito de ser canonicamente invariante. O método é baseado na teoria de Faddeev-Fradkin para sistemas com Lagrangeanas degeneradas e conduz à proposição de De Witt para a equação de Schredinger. Na segunda parte tratamos dos processos aleatórios. Obtemos uma equação de evolução para um sistema de partículas não interagentes movendo-se em um espaço curvo considerado como um espaço euclidiano vinculado. A equação de evolução reproduz corretamente, para tempos pequenos, o comportamento mecânico do sistema e, para intervalos de tempos maiores, a equação da difusão. Fazemos uma aplicação para o rotor planar sujeito à colisões térmicas como uma primeira aproximação ao estudo da auto correlação de dipolos rígidos
Estudamos estados Gaussianos quânticos e as propriedades fisicas associadas a operacoes sobre tal classe de estados que preservam a sua natureza Gaussiana. Propriedades gerais de matrizes de covariância globais representando estados Gaussianos bipartidos de dois modos podem ser decompostas em propriedades de matrizes de covariância locais e seus complementos de Schur. Demonstramos que dado um estado Gaussiano de dois modos r12 descrito por uma matriz de covariância V 4 × 4, o complemento de Schur de uma submatriz de covariância local V2 2 × 2 pode ser interpretado como uma nova matriz de covariância representando um operador Gaussiano do modo 1 condicionado a medicoes de paridade no modo 2. Como o valor medio da paridade esta relacionado com a determinacao da funcao de Wigner de um estado na origem do espaco de fase, que pode ser obtido facilmente atraves de experimentos de fotocontagem, este resultado nos permite estudar propriedades desta funcao em termos das probabilidades de medicoes pares e impares no modo local. Tambem generalizamos este procedimento para um estado Gaussiano de n modos e demonstramos que o operador dos n - 1 sistemas condicionado a projecoes parciais de paridade esta relacionado com uma matriz de covariância tal que seus elementos bloco 2 × 2 sao complementos de Schur de matrizes especiais locais.
A determinacao da relacao entre uma estrutura matematica (o complemento de Schur) com um processo fisico permitiram a construcao de um protocolo para a identificacao de propriedades de emaranhamento de um estado Gaussiano de dois modos via apenas medicoes/operacoes locais e um canal de comunicacao classica entre as duas partes. Este protocolo se baseia na obtencao dos quatro invariantes simpleticos locais do grupo Sp(2, R) que determinam as propriedades de emaranhamento e de pureza do sistema Gaussiano de dois modos. Alem disso, para uma classe de estados Gaussianos simetricos, que inclui por exemplo o estado comprimido com ruido termico e o estado EPR, este protocolo tambem e util para a reconstrucao de sua matriz de covariância
Abstract
Nesta tese, estudamos o comportamento de sistema quânticos cujo limite clássico pode tanto apresentar um comportamento regular como caótico. Nosso estudo se baseou na caracterização dinâmica do comportamento, caótico ou regular, destes sistemas quânticos no limite clássico através da análise da estrutura de distribuições no espaço de fases. Particularmente, aplicamos estas ferramentas ao estudo da transição quântico-clássica para uma classe de sistemas, que denominamos genericamente como sistemas com propensão coletiva, os quais possuem a importante propriedade de admitir, em um certo limite análogo ao limite termodinâmico, uma descrição de sua dinâmica em termos de um número reduzido de variáveis de natureza coletiva. Esta propriedade além de nos permitir reduzir a dinâmica de sistemas com,plicados à dinâmica de sistema com poucos graus de liberdade, também nos permite, através de um escalonamento apropriado das variáveis coletivas, estudar o limite clássico destes sistemas concomitantemente com o limite termodinâmico, evitando assim lidar diretamente com procedimentos formais usualmente associados ao limite clássico da forma h 0. Diferentemente das abordagens usuais, a abordagem que utilizamos nesta tese, baseada na propensão coletiva dos sistemas, permite a implementação de uma descrição em termos do comportamento de distribuições no espaço de fases para sistemas com espectro puramente discreto num espaço de dimensão finita.