Tese de Doutorado #364 – Davi de Freitas Barros – 17/02/2020

Neste trabalho, utilizamos uma memória quântica formada por uma nuvem de átomos de 3 níveis para estudar a dinâmica de emissão de luz em estado de Fock contendo uma ou duas excitações, explicitando o caráter superradiante nestes processos. Um feixe laser de escrita pode induzir transições nesses átomos deixando uma ou duas excitações coerentemente distribuídas na nuvem, armazenando informação. Posteriormente, um feixe laser de leitura retira essas excitações na forma de fótons que são emitidos de forma superradiante e num modo que depende da informação armazenada.
Com este tipo de arranjo, é possível atestar o caráter quântico da luz e garantir que uma formulação semi-clássica é inadequada para descrever o fenômeno.
Como elemento principal, desenvolvemos uma teoria analítica para a interação dos átomos com a luz, obtendo o perfil espaço-temporal da emissão e demonstrando que os fótons gerados na leitura se acoplam a um modo do campo conjugado ao utilizado durante a escrita para preparar o estado da nuvem.
De acordo com a teoria, o pacote de onda de dois fótons é consistente com o perfil temporal obtido na emissão de fótons independentes e idênticos ao obtido na emissão superradiante de um único fóton.
Estas conclusões são comparadas com experimentos de armazenamento de informação quântica por nuvens de átomos frios realizados pelo grupo de ótica quântica da UFPE, em que podemos constatar uma boa concordância entre os resultados experimentais e as previsões teóricas. Esses estudos permitiram a caracterização, pela primeira vez, da emissão superradiante de dois fótons por um conjunto de átomos.