Circuitos quânticos escaláveis para máquinas térmicas multi-qubit - Oliveira, Anderson Araujo de (2026)
O desenvolvimento de tecnologias quânticas energeticamente eficientes constitui um desafio importante no contexto científico atual. Na termodinâmica quântica, a exploração dos efeitos de correlações e emaranhamento tem se destacado como uma via para superar limites clássicos de eficiência. No presente trabalho propomos e investigamos a generalização de uma máquina térmica quântica correlacionada, originalmente estruturada para dois qubits, para sistemas escaláveis de N qubits. Adaptamos as etapas do ciclo termodinâmico — termalização, geração de correlações e extração de trabalho — e apresentamos modelos de ciclos para N qubits, bem como circuitos quânticos para simulá-los. Para a etapa de extração de trabalho, implementamos Algoritmos Quânticos Variacionais (VQA) otimizados via estimador de momentos adaptativos (Adam), visando maximizar a ergotropia do sistema. Investigamos o impacto de diferentes topologias de conectividade (\"Linear\", \"Rainbow\" e \"All-to-All\") na eficiência do ciclo. Nossos resultados demonstram que a presença de correlações iniciais, especificamente a discórdia quântica, permite obter vantagem termodinâmica, de modo que o trabalho extraído escala de forma superaditiva com o número de qubits. Adicionalmente, constatamos que topologias esparsas do tipo \"Rainbow+Linear\" são suficientes para saturar o limite teórico de extração de trabalho, dispensando a necessidade de um grande número de conexões entre pares de qubits, uma propriedade que acarretaria aumento de profundidade do circuito. Os resultados obtidos estabelecem uma ponte entre a termodinâmica quântica teórica e sua implementação prática, oferecendo ainda guias para experimentos escaláveis e eficientes.