Óptica e informação quânticas com átomos, íons e campos

Abstract

Pesquisas em interação radiação-matéria proporcionaram um melhor entendimento dos fundamentos da teoria quântica e abriram perspectivas em diversos campos como,processos de Informação Quântica e aplicações. Porém, fenômenos como a decoerência, intrínseca ànatureza quântica, e erros devidos às flutuações nos parâmetros experimentais ainda são obstáculos a serem superados para que muitas dessas aplicações possam se tornar reais. Por isso, muitos esforços são direcionados para estudos de processos de proteção de estados quânticos,algoritmos de correção de erros e sistemas robustos a decoerência e às imperfeições experimentais. Com base nessa descrição, iremos investigar os seguintes tópicos:i) Engenharia de interações em Eletrodinâmica Quântica de Cavidades, com a finalidade de gerar estados emaranhados e processos de proteção de estados quânticos via engenharia de reservatórios. ii) Fenômenos associados às fases geométricas ou de Berry, especialmente em sistemas dissipativos, com o objetivo de verificar o seu uso em computação e comunicação quânticas.iii) Redes de osciladores harmônicos (OH) quânticos dissipativos, com ênfase 1) na dinâmica de estados entre os osciladores, 2) no equilíbrio (ou localização) de estados em osciladores específicos da rede ou grupo de osciladorese 3) no armazenamento de estados, de forma a protegê-los do processo de decoerência. Abordaremos diferentes topologias de uma rede composta por N OH´s, associando distintos reservatório, de forma a definir constantes de relaxação distintas. Estes objetivos enquadram-se dentro de um cenário atual de crescente interesse por processos de Informação Quântica em redes de osciladores harmônicos ou nano-osciladores, redes ópticas e de spin.iv) Medidas de emaranhamento e separabilidade de estados quânticos de variáveis contínuas com base no uso de covariâncias, propostas recentemente, visando compará-las com outras, como medidas entrópicas. O propósito é investigar propriedades de emaranhamento de modos acoplados do campo eletromagnético em cavidades com paredes móveis.v) Uma das áreas mais fascinante de campos eletromagnéticos em cavidades é o Efeito Casimir, que é uma mudança do estado do campo, causada pela presença de paredes. Se as paredes estão em repouso, surge uma força macroscópica de atraçãoentre paredes neutras. No caso de paredes oscilantes a teoria prevê a possibilidade de criação de fótons a partir do vácuo se forem satisfeitas certas condições de ressonância entre modos do campo eletromagnético e o movimento das paredes. Esse é o Efeito Casimir Dinâmico que está sendo pesquisado para estabelecer as condições experimentais para a verificação do efeito.vi) Fotocontagem em processos de interação entre aparato de medição e sistema de interesse, a fim de deduzir de forma fidedigna superoperadores de salto quântico e de não-contagem, de fundamental importância para previsões de estatística de fotocontagem. vii) Configuração de registradores quânticos à luz dos POVM´s (positive operator-valued measure) e outros tipos de medições quânticas como medições latentes propostas por R. Dicke.viii) Dinâmica de emaranhamento em OH´s acoplados com muitos graus de liberdade. O sistema consiste de um grande número de OH´s acoplados em diversas configurações e para diferentes tipos de interação com o vizinho mais próximo Investigaremos a dinâmica de separabilidade de estados quânticos de variáveis contínuas, usando o coeficiente negatividade inversa como medida. ix) Aplicação do método de difusão de estados quânticos para investigar a possibilidade de implantação de proteção de operações lógicas quânticas universais, dentro de um subespaço de quatro dimensões, através de observação contínua da permanência do estado do sistema dentro do referido subespaço, quando este é perturbado pelo resto do universo.