Projetos de Pesquisa:

  • Computação e Informação Quântica: Fundamentos e Aplicações:

A ciência da informação e computação quântica é uma área do conhecimento recente e em constante  desenvolvimento. Ela se baseia no estudo das propriedades físicas de sistemas quânticos compostos que permitem formas mais eficientes de codificação, processamento e distribuição a informação entre as partes que o compõem. Apesar do rápido crescimento da área nas últimas décadas, sobretudo no que diz respeito ao desenvolvimento de tecnologias relacionadas à informação e computação quântica, a fragilidade aos efeitos do acoplamento do sistema quântico de interesse e o ambiente externo, na maior parte dos recursos quânticos, têm dificultado o desenvolvimento em escala comercial de computadores baseados tecnologias quânticas emergentes (computadores quânticos) e redes de comunicação quânticas cada vez mais seguras (internet quântica). Nesse contexto, esse projeto pretende explorar ideias relacionadas tanto aos fundamentos quanto a aplicações da Teoria da Informação Quântica. No que se refere a fundamentos, investigamos problemas relacionados à natureza física de sistemas magnéticos moleculares e fotônicos, além de explorar aspectos não-locais da Mecânica Quântica através da Teoria Quântica do Movimento. Na abordagem referente às aplicações, investigaremos como uma quantidade metrológica pode ser usada para inferir o grau de correlação e coerência de um estado quântico, assim como o efeito de dinâmicas dissipativas na eficiência de uma máquina térmica quântica, além da implementação de algoritmos quânticos e protocolos de criptografia, visando a otimização das propriedades físicas dos sistemas de interesse para o processamento, codificação e distribuição da informação quântica.

Coordenadores:

Clebson Cruz (Coordenador)

Wanisson Silva Santana (Vice-Coordenador)

 

  • Modelos estocásticos não-lineares e não-aditivos aplicados ao estudo sistemas complexos:

A relação entre as propriedades macroscópicas de um sistema complexo e sua dinâmica microscópica não pode ser descrita por meio de um teoria reducionista, dado que a evolução no tempo de tal sistema ocorre por uma sucessão de estados macroscópicos de não equilíbrio produzidos tanto por interações não-lineares entre as unidades componentes do sistema, quanto por interações com o ambiente externo. Sistemas complexos apresentam uma variedade de propriedades dentre as quais pode-se destacar a presença de correlações de longo alcance (ou memória de longo prazo), a ocorrência de estados críticos auto-organizados e a auto-similaridade (invariância por escala). Em geral, tais propriedades estão associadas a uma dinâmica estocástica não-markoviana e, nestas condições, a distribuição de probabilidade característica do processo estocástico apresenta um comportamento do tipo cauda longa (do inglês long tail) mesmo para o regime estacionário, este último correspondente a um estado de equilíbrio do sistema – que pode ser metaestável. Dado o exposto, a teoria dos processos estocásticos tem se mostrado um mecanismo promissor para a modelagem de propriedades macroscópicas de sistemas complexos, seja por meio de equações diferenciais estocásticas que modelam um dinâmica local, ou através de equações de continuidade para as densidades de probabilidade que caracterizam o macroestado do sistema. Nesta perspectiva, o projeto tem por objetivo o estudo de propriedades macroscópicas de sistemas dinâmicos complexos através de modelos estocásticos não-lineares, caracterizados por uma classe de equações de continuidade não-homogêneas que correspondem a equações não-lineares do tipo Fokker-Planck. As soluções características destas equações correspondem a densidades de probabilidade que extrapolam o comportamento gaussiano e maximizam formas entrópicas não-aditivas, a exemplo da entropia de Tsallis, sendo capazes de caracterizar uma dinâmica estocástica não markoviana. Como resultado do projeto, esperamos obter através dos nossos modelos uma interpretação física para o comportamento não-exponencial de processos dissipativos, denominado de não Arrhenius, associado a existência de uma energia de ativação dependente da temperatura. Tal comportamento tem sido observado em uma vasta gama de sistemas, a exemplo de líquidos em estado de superesfriamento e na eminência da transição vítrea.

Coordenador:

Antônio César do Prado Rosa Junior

  • Estudo teórico de nanoestruturas bidimensionais via Teoria do Funcional da Densidade.

O conhecimento da Teoria do Funcional da Densidade (em inglês Density Functional Theory – DFT) é de extrema importância para diversas aplicações no estudo de estruturas de nível atômico como moléculas, macromoléculas e materiais como o grafeno e os nanotubos de carbono. É por meio dela que se alcança, atualmente, os melhores resultados quando comparados com aqueles obtidos em medidas de laboratório. Além disso, o estudo de materiais bidimensionais depois da síntese do grafeno em 2004, despertou na comunidade científica um interesse no desenvolvimento de novos materiais com propriedades únicas que vão desde maior flexibilidade, dureza, diferenciada condução eletrônica e resistência à altas temperaturas ou outros tipos de condições extremas. O projeto pretende investigar as propriedades estruturais, como energia de formação e o módulo de Young (que mede o coeficiente de elasticidade); propriedades eletrônicas, como a distribuição da densidade e estados quânticos e a estrutura de bandas e propriedades ópticas, como a absorção e índice de refração variando com a frequência da luz incidente de materiais bidimensionais como o grafeno, o nitreto de boro, o arseneto de gálio, o dissulfato de molibdênio e estruturas mais recentes como borofeno, grafino e suas variações para comparação com resultados experimentais ou até propor medidas em laboratório com os resultados obtidos.

Coordenador:

Elias Brito Alves Junior

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