Tese de Doutorado #246: Breno Gonçalves

Modulador de luz espacial para processos quânticos: algorítimo de Deutsch, concentração de emaranhamento e simulação de sistemas quânticos abertos

Autor: Breno Marques Gonçalves

Banca Avaliadora

Sebastião José Nascimento de Pádua (orientador), Física

UFMG

Marcelo Paleólogo França Santos (coorientador), Física

UFMG

Reinaldo Oliveira Vianna

Física - UFMG

Antônio Zelaquett Khoury

UFF

Celso Villas

Boas - UFSCAR

Orientadores

Sebastião José Nascimento de Pádua (orientador)

Departamento de Física - UFMG

Marcelo Paleólogo França Santos (coorientador)

Departamento de Física - UFMG

Resumo do Trabalho

Nesta tese demonstramos experimentalmente a implementação de processos quânticos e a simulação de dinâmicas complexas, através da manipulação de um sistema quântico. A conversão paramétrica descendente espontânea (SPDC), através do qual pares de fótons emaranhados são gerados, foi o sistema quântico utilizado. O estado emaranhado em caminho transversal, dos pares de fótons, foi manipulado com o uso de moduladores espaciais programáveis (SLM). Um cristal não-linear com casamento de fase tipo I e um feixe de laser contínuo com comprimento de onda na região do violeta, foram utilizados para a geração de fótons gêmeos em estados quânticos emaranhados em caminho e com dimensões variadas no espaço de Hilbert. Três protocolos quânticos foram estudados experimentalmente nesta tese: algorítimo de Deutsch mínimo, concentração de emaranhamento e simulação de dinâmicas dissipativas. No experimento do algorítimo de Deutsch foi usado um fóton gêmeo gerado pela SPDC e uma fenda dupla, para codificar um qubit espacial. O segundo fóton do par foi utilizado como “trigger” na preparação condicional do estado de um fóton. O SLM foi usado como o oráculo mencionado no algorítimo, isto é, o responsável pela implementação das funções constante e balanceada. Na implementação do protocolo de concentração de emaranhamento para estados de dois qutrits, foram gerados estados parcialmente emaranhados usando a SPDC juntamente com um SLM que modula amplitude. Um segundo SLM, modulador de fase, dentro de um interferômetro de Sagnac, foi usado para implementar o protocolo utilizando o método conhecido como Procusteano. O terceiro protocolo demonstrado experimentalmente foi a simulação de duas dinâmicas dissipativas em qudits: defasagem e amplitude, onde um dos fótons passa por canal ruidoso com essas propriedades e o estado transmitido é caracterizado.