Implementação Experimental de um Termômetro Quântico usando Ressonância Magnética Nuclear

Nesta tese, usando técnicas de Processamento de Informação Quântica com RMN, implementamos um termômetro quântico baseado num circuito de espalhamento. O procedimento para medida de temperatura pode ser visto como um algoritmo quântico, onde um q-bit sonda é usado para medir a temperatura de sistema de interesse. Em nossos experimentos, utilizamos moléculas de clorofórmio enriquecido como processadores quânticos de dois q-bits. O spin nuclear do Carbono- 13 atua como um q-bit sonda, para medir a temperatura do spin nuclear do Hidrogênio, que está em equilíbrio térmico com um banho (a amostra líquida). Todo o procedimento dura 5,5 ms, um tempo muito menos que qualquer tempo de relaxação de relação do q-bit sonda. Ou seja, informações sobre a temperatura é adquirida antes que o equilibríbrio térmico seja alcançado. Isto apresenta um paradoxo para a lei Zero da Termodinâmica, que formula o conceito de temperatura através do equilíbrio térmico. O termômetro foi testado com a mostra em várias temperaturas, num intervalo de 80K. Calculamos a fidelidade dos estados produzidos no experimento e obtivemos valores acima de 99%. Para mostrar que a superposição quântica é necessária para o correto funcionamento, introduzimos um tempo de relaxação dentro de circuito, e verificamos que a relaxação destrói o estado de superposição quântica do q-bit sonda, diminuindo também a fidelidade do estado final. O termômetro também foi testado com temperaturas simuladas. Isto é, antes de rodar o circuito, o spin sistema foi colocado numa temperatura diferente da temperatura do banho. Finalmente, discutimos as fontes de erro apresentes no experimento, linhas de investigação para futuraos experimentos e possíveis aplicações do termômetro quântico