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Propagação semiclássica na representação de estados coerentes

Thiago F. Viscondi

Published Feb 18, 2013• 0 citations
Publisher

Abstract

A propagacao semiclassica consiste na elaboracao e aplicacao de metodos para a resolucao aproximada da equacao de Schrodinger dependente do tempo, assumindo como hipotese que a acao classica do sistema possui valor bastante superior a constante de Planck. Dentro deste contexto, o propagador quântico representa um elemento de interesse central, uma vez que esta grandeza corresponde a amplitude de probabilidade para a transicao entre dois estados do sistema fisico. Em um estagio preliminar de nosso trabalho, empregamos o conceito generalizado de estados coerentes para reformular o propagador quântico em termos de uma integral de caminho. Em seguida, com a utilizacao do metodo do ponto de sela, realizamos uma deducao detalhada para a aproximacao semiclassica do propagador correspondente a uma ampla classe de grupos dinâmicos. A aplicacao deste resultado formal esta subordinada a resolucao de equacoes classicas de movimento sob condicoes de contorno, considerando um espaco de fase com dimensao duplicada. De maneira geral, a busca por trajetorias classicas sujeitas a valores de contorno demonstra elevado custo computacional e complexidade tecnica. Por esta razao, desenvolvemos tres diferentes aproximacoes semiclassicas determinadas exclusivamente por condicoes iniciais. Em uma primeira situacao, elaboramos um metodo de propagacao constituido por uma integral sobre solucoes classicas no espaco de fase duplicado. No segundo caso, com a formulacao do operador semiclassico de evolucao temporal, eliminamos a necessidade pela duplicacao dos graus de liberdade classicos. A terceira abordagem, designada por propagador classico corrigido, esta definida pela contribuicao de uma unica trajetoria. Com o proposito de avaliar a precisao e eficiencia das expressoes semiclassicas adquiridas, exemplificamos a aplicacao destas ferramentas teoricas para os estados coerentes de SU(2) e SU(3). Por fim, apresentamos uma extensa discussao sobre as vantagens introduzidas pelo espaco de fase duplicado na implementacao de uma aproximacao semiclassica. Deste modo, verificamos que solucoes classicas tunelantes possuem uma importante participacao na descricao precisa da penetracao parcial de um pacote de onda em uma barreira de potencial finita. Alem disto, mostramos que o fenomeno quântico de reflexao por um potencial atrativo esta diretamente associado a ocorrencia de trajetorias com comportamento nao-classico Abstract

DOI
10.47749/t/unicamp.2013.904028

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Propagação semiclássica de estados coerentes

Parisio Filho, Fernando Roberto de Luna

Esta tese aborda diversos aspectos da propagacao semiclassica de estados coerentes. Determinamos uma expressao bastante geral para o propagador entre tais estados que, ao contrario das formulas existentes na literatura, e valida para pacotes de larguras quaisquer. O resultado, obtido via integracao funcional, depende de trajetorias classicas num espaco de fase complexificado. Aproximacoes baseadas em orbitas reais sao tambem analisadas e demonstra-se a origem comum dos propagadores gaussianos de Heller e BAKKS. Em seguida, e feito um estudo bastante completo da propagacao semiclassica de estados coerentes na representacao de posicao. Os resultados formais obtidos sao aplicados explicitamente para o caso de um pacote gaussiano sob a influencia de um potencial repulsivo suave. Para este sistema, a solucao das equacoes de Hamilton e a propria funcao de onda semiclassica podem ser determinadas analiticamente. O problema das solucoes nao contribuintes, que se origina da aplicacao do metodo do expoente estacionario, e resolvido atraves de imposicoes de consistencia fisica. Os efeitos das causticas no espaco de fase, pontos onde a aproximacao semiclassica de ordem quadratica diverge, sao controlados atraves de correcoes envolvendo funcoes de Airy Abstract

•Mar 29, 2005•0 citations

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Dibartolomei Antônio Pereira de Lima

Na presente tese, estudamos o oscilador harmonico generalizado com massa e frequencia dependentes do tempo e submetido a uma forca de friccao linear na velocidade cujo coeficiente de friccao depende do tempo, do ponto de vista classico e quântico. Obtivemos as solucoes da equacao de movimento classica deste sistema para alguns casos particulares e derivamos uma equacao de movimento que descreve simultaneamente tres sistemas diferentes. Em seguida, com a ajuda dos operadores invariantes quadraticos e a luz do metodo de invariantes dinâmicos encontramos as solucoes exatas da equacao de Schrodinger para este sistema. Tambem derivamos as fases geometrica, dinâmica e de Berry para este sistema nao-estacionario e as avaliamos para tres casos especiais. Ainda construimos estados coerentes para este sistema quantizado e os empregamos para investigar algumas propriedades quânticas tais como utuacoes quânticas da coordenada e momento bem como do produto das incertezas. Em seguida, utilizamos um operador invariante linear e usamos o metodo de invariantes dinâmicos para encontrar solucoes exatas da equacao de Schrodinger para um oscilador harmonico amortecido e forcado dependente do tempo. Com as solucoes desta equacao, construimos solucoes na forma de pacotes de onda Gaussianos assim como calculamos as utuacoes quânticas das coordenadas e momentos, bem como as correlacoes entre ambos. Finalmente, mostramos que a largura das utuacoes e correlacoes do pacote Gaussiano nao dependem da forca externa.

•Aug 8, 2014•0 citations

Efeito do caos na evolução temporal de pacotes semiclássicos

Marcus Vinicius Segantini Bonança

Neste trabalho, usando como sistema protótipo o chamado potencial NELSON de dois graus de liberdade, procuramos traços da dinâmica clássica no emaranhamento dos subsistemas do análogo quântico deste sistema.Através da escolha de uma superfície de energia com regime dinâmico misto, escolhemos condições iniciais regulares e caóticas no espaço de fase, nas quais centramos estados coerentes com larguras comparáveis às estruturas presentes nas superfícies de seções.Diagonalizando numericamente o Hamiltoniano, evoluímos os estados inicialmente separáveis e coerentes e determinamos o emaranhamento dos subsistemas por meio do cálculo do defeito de idempotência (ou entropia linear) de um dos subsistemas.Calculamos também a evolução das distribuições de Husimi e das populações e coerências do operador densidade reduzido.Concluímos, dos resultados obtidos, que, no regime escolhido, o emaranhamento é mais rápido e mais intenso (no sentido de envolver mais estados) para estados associados inicialmente às condições iniciais clássicas caóticas, do que para os associados às condições iniciais regulares.Entretanto, notamos que as vizinhanças da condição inicial também exercem um papel importante nessa rapidez e intensidade do emaranhamento.

•Feb 26, 2002•0 citations

Informação mútua de Shannon de estados localizados de uma partícula na teoria de campos escalares

Willy Antony [UNESP] Izquierdo Inga

Nesta dissertação, investigamos a informação mútua de Shannon para um campo escalar quântico sem massa livre em d + 1 dimensões, focando nas correlações entre duas regiões espaciais complementares. Nossa abordagem central envolveu o cálculo dessa medida de informação clássica diretamente dos elementos diagonais da matriz densidade expressa na base de configuração do campo. Essa metodologia forneceu um arcabouço para quantificar as correlações clássicas que persistem ou emergem após processos de decoerência quântica ou medição, que efetivamente diagonalizam a matriz densidade do sistema. Empregamos o formalismo funcional da representação de Schrödinger para calcular as entropias de Shannon associadas às regiões complementares, a partir das quais derivamos a informação mútua. Para lidar com as integrais funcionais, utilizamos tanto a aproximação de ponto de sela quanto o truque das réplicas. Computamos a informação mútua de Shannon para dois casos: o estado de vácuo e estados de partícula-única localizados. Para o estado de vácuo, nossos resultados reproduziram aqueles encontrados na literatura existente. Para estados localizados, descritos por soluções de pacote de ondas da equação de Schrödinger relativística, a informação mútua de Shannon pode ser expressa como a informação mútua do vácuo mais termos dependentes do perfil do pacote de ondas. Como uma aplicação do formalismo desenvolvido, calculamos a informação mútua de Rényi-2 (também conhecida como entropia de colisão) em uma dimensão espacial, considerando regiões definidas como semirretas e empregando um pacote de ondas lorentziano. Encontramos que a presença de uma excitação geralmente aumenta a informação compartilhada em comparação com o caso do vácuo. Esse excesso de informação é maximizado quando a partícula está localizada próximo à fronteira e diminui à medida que a partícula se afasta, com a taxa de decaimento dependendo da largura do pacote de ondas. No geral, nossas descobertas contribuem para a compreensão das correlações clássicas em teoria quântica de campos e oferecem uma perspectiva sobre o conteúdo de informação que é diretamente relevante para cenários envolvendo decoerência e medição. Este trabalho fornece um ponto de vista complementar aos cálculos tradicionais de entropia de emaranhamento, concentrando-se na informação clássica acessível codificada nas probabilidades de configuração do campo.

•Jun 2, 2025•0 citations

Transição quântico-clássica em sistemas com propensão coletiva

Milton Alexandre da Silva

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.

•Mar 2, 2010•0 citations

Sobre aplicações da teoria quântica de invariantes a sistemas hamiltonianos dependentes do tempo

Alberes Lopes de Lima

Na presente tese, usamos operadores invariantes lineares a luz do metodo de invariantes dinâmicos para encontrar as solucoes exatas da equacao de Schrodinger para um oscilador harmonico forcado generalizado dependente do tempo em termos das solucoes de uma equacao diferencial de segunda ordem que descreve a amplitude de um oscilador harmonico amortecido nao-for¸cado. Construimos as solucoes do tipo pacotes de ondas gaussianos e calculamos as flutuacoes quânticas das coordenadas e momentos, bem como da correlacao entre ambos. Como destaque, mostramos que a largura das flutuacoes e as correlacoes do pacote gaussiano nao dependem da forca externa. Como caso particular, aplicamos nosso formalismo ao conhecido oscilador forcado de Caldirola-Kanai. Depois, fazemos uma descricao quântica da propagacao da luz num meio condutor, homogeneo, linear e com densidade de carga nula, usando o modelo de oscilador harmonico dependente de tempo numa abordagem fenomenologica usando o gauge de Coulomb, invariantes lineares e o metodo do invariante dinâmico. Obtemos as funcoes de onda exatas para este problema em termos de solucoes de uma equacao diferencial de segunda ordem que descreve a amplitude do oscilador amortecido classico. Alem disso, construimos solucoes do tipo pacotes de onda gaussianos e calculamos as flutuacoes e as correlacoes quânticas para cada modo do campo eletromagnetico quantizado. Em seguida, estendemos nossa investiga cao utilizando tambem um operador invariante quadratico. Encontramos as funcoes de onda exatas para a equacao de Schrodinger para a luz num meio condutor com frequencia dependente do tempo. Concluimos a presente tese abordando o problema de encontrar funcoes de onda (solucoes da equacao de Schrodinger) exatas, com dependencia temporal, para uma particula aprisionada por campos oscilantes.

•Jun 20, 2008•0 citations
A propagacao semiclassica consiste na elaboracao e aplicacao de metodos para a resolucao aproximada da equacao de Schrodinger dependente do tempo, assumindo como hipotese que a acao classica do sistema possui valor bastante superior a constante de Planck. Dentro deste contexto, o propagador quântico representa um elemento de interesse central, uma vez que esta grandeza corresponde a amplitude de probabilidade para a transicao entre dois estados do sistema fisico. Em um estagio preliminar de nosso trabalho, empregamos o conceito generalizado de estados coerentes para reformular o propagador quântico em termos de uma integral de caminho. Em seguida, com a utilizacao do metodo do ponto de sela, realizamos uma deducao detalhada para a aproximacao semiclassica do propagador correspondente a uma ampla classe de grupos dinâmicos. A aplicacao deste resultado formal esta subordinada a resolucao de equacoes classicas de movimento sob condicoes de contorno, considerando um espaco de fase com dimensao duplicada. De maneira geral, a busca por trajetorias classicas sujeitas a valores de contorno demonstra elevado custo computacional e complexidade tecnica. Por esta razao, desenvolvemos tres diferentes aproximacoes semiclassicas determinadas exclusivamente por condicoes iniciais. Em uma primeira situacao, elaboramos um metodo de propagacao constituido por uma integral sobre solucoes classicas no espaco de fase duplicado. No segundo caso, com a formulacao do operador semiclassico de evolucao temporal, eliminamos a necessidade pela duplicacao dos graus de liberdade classicos. A terceira abordagem, designada por propagador classico corrigido, esta definida pela contribuicao de uma unica trajetoria. Com o proposito de avaliar a precisao e eficiencia das expressoes semiclassicas adquiridas, exemplificamos a aplicacao destas ferramentas teoricas para os estados coerentes de SU(2) e SU(3). Por fim, apresentamos uma extensa discussao sobre as vantagens introduzidas pelo espaco de fase duplicado na implementacao de uma aproximacao semiclassica. Deste modo, verificamos que solucoes classicas tunelantes possuem uma importante participacao na descricao precisa da penetracao parcial de um pacote de onda em uma barreira de potencial finita. Alem disto, mostramos que o fenomeno quântico de reflexao por um potencial atrativo esta diretamente associado a ocorrencia de trajetorias com comportamento nao-classico
Abstract
Esta tese aborda diversos aspectos da propagacao semiclassica de estados coerentes. Determinamos uma expressao bastante geral para o propagador entre tais estados que, ao contrario das formulas existentes na literatura, e valida para pacotes de larguras quaisquer. O resultado, obtido via integracao funcional, depende de trajetorias classicas num espaco de fase complexificado. Aproximacoes baseadas em orbitas reais sao tambem analisadas e demonstra-se a origem comum dos propagadores gaussianos de Heller e BAKKS. Em seguida, e feito um estudo bastante completo da propagacao semiclassica de estados coerentes na representacao de posicao. Os resultados formais obtidos sao aplicados explicitamente para o caso de um pacote gaussiano sob a influencia de um potencial repulsivo suave. Para este sistema, a solucao das equacoes de Hamilton e a propria funcao de onda semiclassica podem ser determinadas analiticamente. O problema das solucoes nao contribuintes, que se origina da aplicacao do metodo do expoente estacionario, e resolvido atraves de imposicoes de consistencia fisica. Os efeitos das causticas no espaco de fase, pontos onde a aproximacao semiclassica de ordem quadratica diverge, sao controlados atraves de correcoes envolvendo funcoes de Airy Abstract
Na presente tese, estudamos o oscilador harmonico generalizado com massa e frequencia dependentes do tempo e submetido a uma forca de friccao linear na velocidade cujo coeficiente de friccao depende do tempo, do ponto de vista classico e quântico. Obtivemos as solucoes da equacao de movimento classica deste sistema para alguns casos particulares e derivamos uma equacao de movimento que descreve simultaneamente tres sistemas diferentes. Em seguida, com a ajuda dos operadores invariantes quadraticos e a luz do metodo de invariantes dinâmicos encontramos as solucoes exatas da equacao de Schrodinger para este sistema. Tambem derivamos as fases geometrica, dinâmica e de Berry para este sistema nao-estacionario e as avaliamos para tres casos especiais. Ainda construimos estados coerentes para este sistema quantizado e os empregamos para investigar algumas propriedades quânticas tais como utuacoes quânticas da coordenada e momento bem como do produto das incertezas. Em seguida, utilizamos um operador invariante linear e usamos o metodo de invariantes dinâmicos para encontrar solucoes exatas da equacao de Schrodinger para um oscilador harmonico amortecido e forcado dependente do tempo. Com as solucoes desta equacao, construimos solucoes na forma de pacotes de onda Gaussianos assim como calculamos as utuacoes quânticas das coordenadas e momentos, bem como as correlacoes entre ambos. Finalmente, mostramos que a largura das utuacoes e correlacoes do pacote Gaussiano nao dependem da forca externa.
Neste trabalho, usando como sistema protótipo o chamado potencial NELSON de dois graus de liberdade, procuramos traços da dinâmica clássica no emaranhamento dos subsistemas do análogo quântico deste sistema.Através da escolha de uma superfície de energia com regime dinâmico misto, escolhemos condições iniciais regulares e caóticas no espaço de fase, nas quais centramos estados coerentes com larguras comparáveis às estruturas presentes nas superfícies de seções.Diagonalizando numericamente o Hamiltoniano, evoluímos os estados inicialmente separáveis e coerentes e determinamos o emaranhamento dos subsistemas por meio do cálculo do defeito de idempotência (ou entropia linear) de um dos subsistemas.Calculamos também a evolução das distribuições de Husimi e das populações e coerências do operador densidade reduzido.Concluímos, dos resultados obtidos, que, no regime escolhido, o emaranhamento é mais rápido e mais intenso (no sentido de envolver mais estados) para estados associados inicialmente às condições iniciais clássicas caóticas, do que para os associados às condições iniciais regulares.Entretanto, notamos que as vizinhanças da condição inicial também exercem um papel importante nessa rapidez e intensidade do emaranhamento.
Nesta dissertação, investigamos a informação mútua de Shannon para um campo escalar quântico sem massa livre em d + 1 dimensões, focando nas correlações entre duas regiões espaciais complementares. Nossa abordagem central envolveu o cálculo dessa medida de informação clássica diretamente dos elementos diagonais da matriz densidade expressa na base de configuração do campo. Essa metodologia forneceu um arcabouço para quantificar as correlações clássicas que persistem ou emergem após processos de decoerência quântica ou medição, que efetivamente diagonalizam a matriz densidade do sistema. Empregamos o formalismo funcional da representação de Schrödinger para calcular as entropias de Shannon associadas às regiões complementares, a partir das quais derivamos a informação mútua. Para lidar com as integrais funcionais, utilizamos tanto a aproximação de ponto de sela quanto o truque das réplicas. Computamos a informação mútua de Shannon para dois casos: o estado de vácuo e estados de partícula-única localizados. Para o estado de vácuo, nossos resultados reproduziram aqueles encontrados na literatura existente. Para estados localizados, descritos por soluções de pacote de ondas da equação de Schrödinger relativística, a informação mútua de Shannon pode ser expressa como a informação mútua do vácuo mais termos dependentes do perfil do pacote de ondas. Como uma aplicação do formalismo desenvolvido, calculamos a informação mútua de Rényi-2 (também conhecida como entropia de colisão) em uma dimensão espacial, considerando regiões definidas como semirretas e empregando um pacote de ondas lorentziano. Encontramos que a presença de uma excitação geralmente aumenta a informação compartilhada em comparação com o caso do vácuo. Esse excesso de informação é maximizado quando a partícula está localizada próximo à fronteira e diminui à medida que a partícula se afasta, com a taxa de decaimento dependendo da largura do pacote de ondas. No geral, nossas descobertas contribuem para a compreensão das correlações clássicas em teoria quântica de campos e oferecem uma perspectiva sobre o conteúdo de informação que é diretamente relevante para cenários envolvendo decoerência e medição. Este trabalho fornece um ponto de vista complementar aos cálculos tradicionais de entropia de emaranhamento, concentrando-se na informação clássica acessível codificada nas probabilidades de configuração do campo.
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.
Na presente tese, usamos operadores invariantes lineares a luz do metodo de invariantes dinâmicos para encontrar as solucoes exatas da equacao de Schrodinger para um oscilador harmonico forcado generalizado dependente do tempo em termos das solucoes de uma equacao diferencial de segunda ordem que descreve a amplitude de um oscilador harmonico amortecido nao-for¸cado. Construimos as solucoes do tipo pacotes de ondas gaussianos e calculamos as flutuacoes quânticas das coordenadas e momentos, bem como da correlacao entre ambos. Como destaque, mostramos que a largura das flutuacoes e as correlacoes do pacote gaussiano nao dependem da forca externa. Como caso particular, aplicamos nosso formalismo ao conhecido oscilador forcado de Caldirola-Kanai. Depois, fazemos uma descricao quântica da propagacao da luz num meio condutor, homogeneo, linear e com densidade de carga nula, usando o modelo de oscilador harmonico dependente de tempo numa abordagem fenomenologica usando o gauge de Coulomb, invariantes lineares e o metodo do invariante dinâmico. Obtemos as funcoes de onda exatas para este problema em termos de solucoes de uma equacao diferencial de segunda ordem que descreve a amplitude do oscilador amortecido classico. Alem disso, construimos solucoes do tipo pacotes de onda gaussianos e calculamos as flutuacoes e as correlacoes quânticas para cada modo do campo eletromagnetico quantizado. Em seguida, estendemos nossa investiga cao utilizando tambem um operador invariante quadratico. Encontramos as funcoes de onda exatas para a equacao de Schrodinger para a luz num meio condutor com frequencia dependente do tempo. Concluimos a presente tese abordando o problema de encontrar funcoes de onda (solucoes da equacao de Schrodinger) exatas, com dependencia temporal, para uma particula aprisionada por campos oscilantes.