Publicação: Do Jaynes–Cummings ao modelo de Dicke: emaranhamento e efeitos coletivos em sistemas Qubit–Bóson
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
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Resumo
Este trabalho apresenta um estudo teórico e computacional sobre a dinâmica quântica, as
entropias reduzidas e os efeitos coletivos em sistemas luz-matéria. O objetivo principal
consiste em mapear os limites de validade da Aproximação de Onda Girante (RWA) e
investigar a emergência de efeitos coletivos em sistemas compostos por múltiplos qubits
acoplados a um modo bosônico do campo eletromagnético. Para isso, o método emprega
uma análise progressiva de complexidade estruturada em quatro modelos fundamentais
da óptica quântica. Inicialmente, investiga-se o cenário de um único qubit por meio dos
modelos de Jaynes-Cummings e Rabi. Na sequência, estende-se o problema para o regime
coletivo de muitos corpos, comparando os modelos de Tavis-Cummings e Dicke. As simulações numéricas foram implementadas utilizando o arcabouço computacional do ambiente
QuTiP para avaliar a evolução do número médio de fótons, da inversão populacional e da
entropia de von Neumann. Os resultados obtidos no regime de acoplamento fraco validam
a robustez da aproximação de onda girante, exibindo fenômenos regulares e periódicos
como as oscilações de Rabi e o perfil de colapso e reavivamento sob campos em estados
coerentes. Contudo, as simulações revelam que a elevação da força de acoplamento para
os regimes forte e ultraforte provoca a falha da aproximação analítica. Conclui-se que os
termos contra-rotantes quebram a conservação do número total de excitações e introduzem
frequências adicionais, batimentos e desvios crescentes em relação aos modelos baseados
na RWA. Esses efeitos tornam-se relevantes nos regimes forte e ultraforte e devem ser
considerados na modelagem da dinâmica unitária de sistemas luz–matéria.
Abstract
Palavras-chave
Emaranhamento quântico, Efeitos coletivos, Aproximação de onda girante, Modelo de Jaynes-Cummings, Modelo de Rabi, Modelo de Tavis-Cummings, Modelo de Dicke, quantum entanglement, collective effects, rotating wave approximation, Jaynes-Cummings model, Rabi model, Tavis-Cummings model, Dicke model
Citação
RAMOS, Vinícius Corrêa. Do Jaynes-Cummings ao modelo de Dicke: emaranhamento e efeitos coletivos em sistemas qubit-bóson. 2026. 70 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em física) - Universidade Federal de Uberlândia, 2026
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