Sistemas abiertos y termodinámica cuántica

La termodinámica cuántica estudia la emergencia de las leyes termodinámicas en sistemas cuánticos, en particular en sistemas nanoscópicos. La herramienta fundamental que se utiliza es la teoría de sistemas cuánticos abiertos y las correspondientes ecuaciones de evolución, que permiten estudiar los intercambios energéticos fuera del equilibrio de los sistemas pequeños, así como el control de la decoherencia en los sistemas de procesado cuántico de la información. En esta asignatura se introducirá al alumno a estos temas, de forma que le permita seguir los avances más recientes de la literatura científica en el campo.

1. Introducción a los sistemas cuánticos abiertos. Operadores de Kraus. Ecuaciones piloto.
2. Sistemas markovianos en baños térmicos. Ecuación de Lindblad.
3. Los principios de la termodinámica moderna. Termodinámica estocástica. Igualdad de Jarzynski y teorema de fluctuación de Crooks.
4. Trabajo, calor y producción de entropía en sistemas cuánticos.
5. Termometría cuántica. Máquinas térmicas cuánticas y ciclos de Otto. Baterías cuánticas.
6. Termodinámica cuántica de los sistemas abiertos. Ecuaciones piloto y trayectorias cuánticas. Difusión de estados cuánticos. Termodinámica en promedio: primera y segunda ley de la termodinámica.
7. Termodinámica de la información cuántica. Cota de Landauer. Teoremas de fluctuación. Mecanismo de Kibble-Zurek.
8. Decoherencia. Subespacios libres.
9. Sistemas forzados periódicamente. Cristales de tiempo.

Basica:

-Notas de clase
-H. P. Breuer, F. Petruccione, The theory of open quantum systems, Oxford Univ. Press. 2002
-P. Strasberg, Quantum stochastic thermodynamics, Oxford Oxford Univ. Press. 2022


Complementaria:

-D. Lidar, Lecture notes on the theory of open quantum systems, arXiv: 1902.00967
-A. Rivas, S. Huelga, Open quantum systems, Springer 2012
-G. Kuritzi, A. Kofman, Thermodynamics and control of open quantum systems, Cambridge Univ. Press. 2022

El alumnado que curse esta materia adquirirá las habilidades y destrezas de pensamiento crítico y creativo, de comunicación y de trabajo colaborativo que se señalan en la memoria de verificación del título (HD1, HD2, HD3).

Además de las competencias básicas (CB1-CB5), generales (CG1-CG4) y transversales (CT1-CT8) que se especifican en la memoria de verificación del título, el alumnado adquirirá las siguientes competencias específicas de esta asignatura



Competencias especificas:

CE4: Conocer y saber aplicar las teorías físicas inherentes a la comprensión de los sistemas para el procesado de la información cuántica, incluyendo la termodinámica cuántica así como aspectos avanzados de magnetismo y mecánica cuántica.


CE6: Conocer y comprender la naturaleza de las plataformas físicas para el procesado de la información cuántica en sistemas fotónicos: óptica cuántica, sistemas ópticos integrados, sistemas opto-atómicos, sistemas de detección y medida, fotónica de semiconductores.

Las clases serán presenciales y se retrasmitirán de forma síncrona a los demás campus

- Clases expositivas: en ellas se explicarán los contenidos programados y se responderán las dudas que surjan. Se propondrán ejercicios y problemas que los estudiantes deberán resolver en su tiempo de trabajo propio.
- Clases interactivas: resolución de los ejercicios y problemas propuestos, puesta en común de dudas. Se dará protagonismo al alumnado para que presente sus resultados.
- Tutorías: en ellas se atenderá de forma personalizada al alumnado para proporcionarle orientación y resolver sus dudas
- Trabajo autónomo: en este tiempo se llevará a cabo el estudio de la materia y la resolución de tareas propuestas.

Habrá una plataforma virtual donde se hará accesible material formativo e informativo esencial y suplementario.

La evaluación de la materia será una combinación de diferentes aspectos. La ponderación será fijada y anunciada al comienzo del curso dentro de los márgenes aprobados en la memoria de verificación.

1- Evaluación continua: asistencia y participación a las clases expositivas e interactivas, entrega de ejercicios y problemas resueltos, exposición voluntaria de resultados.
Ponderación: 60%

2. Trabajos de extensión
Ponderación: 40%


Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación a lo recogido en el “Reglamento de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones”:

"Artículo 16. Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas.

La realización fraudulenta de cualquier ejercicio o prueba requerida en la evaluación de una asignatura implicará la calificación de reprobado en la convocatoria correspondiente, independientemente del proceso disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Se considera fraudulento, entre otras cosas, la realización de trabajos plagiados u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o reinterpretación y sin citaciones a los autores y las fuentes.”

Clases expositivas: 15 horas
Clases interactivas: 10 horas
Trabajo personal del alumnado: 47 horas.

Tutorías: 3 horas
Total: 75 horas

Asistencia y participación en clase, así la resolución de los ejercicios propuestos.

Las tutorías podrán ser presenciales o telemáticas y necesitarán cita previa.