Óptica e informação quântica na ufsc · introdução à Óptica quântica max planck (1900) –...

Universidade Federal de Santa Catarina

Departamento de Física

Óptica e Informação Quântica na UFSC

Eduardo Inacio Duzzioni

INCT de Informação Quântica

Sumário

Introdução à Óptica Quântica

Nobel de Física 2012

Computação Quântica

Informação Quântica

Problemas de Interesse

Conclusões e perspectivas

Introdução à Óptica Quântica

Max Planck (1900) – Radiação de corpo negro

h=6,62.10-34 J.s – constante de Planck

E=hν

Albert Einstein (1905) – Efeito fotoelétrico

hν = W+K

W = hν0 - Função trabalho

K – Energia cinética dos elétrons

Niels Bohr (1913) – Modelo atômico

2

1

nE

Theodore Harold Maiman – Inventor do 1º laser (16/05/1960)

Laser - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Características da radiação laser:

“Monocromática”

Pouca divergência do feixe

Coerência de fase

Teoria Quântica da Luz

Roy J. Glauber – Nobel de Física 2005

COHERENT AND INCOHERENT STATES OF RADIATION FIELD

ROY J. GLAUBER, PHYSICAL REVIEW 131, 2766 (1963) Times Cited: 3.875

QUANTUM THEORY OF OPTICAL COHERENCE

ROY J. GLAUBER, PHYSICAL REVIEW 130, 2529 (1963) Times Cited: 1.995

PHOTON CORRELATIONS

ROY J. GLAUBER, PHYSICAL REVIEW LETTERS 10, 84 (1963) Times Cited: 699

Citações > 15.000

Estados quânticos da radiação

Função P de Glauber

0

2

!

2

n

n

nn

e

Estado coerente (LASER ideal)

a

P – Função de quase-probabilidade:

P≥0 campo clássico

Quantização da radiação

A quantização da radiação era realmente necessária?

A quantização do campo de radiação – 1927 por Dirac.

Efeito fotoelétrico – Não (Scully e Sargent 1985)

Efeito Compton – Não (Dodd 1983)

Lamb shift – Não (Crisp e Jaynes 1969)

... Apenas quantização da matéria!

Propriedades Estatísticas do

Campo de Radiação - Fotodetecção

Função de correlação de segunda ordem:

e

Nobel de Física 2012 – Serge Haroche

Colloquium: Manipulating quantum entanglement with atoms and photons in a cavity

Raimond, JM; Brune, M; Haroche, S, REVIEWS OF MODERN PHYSICS 73, 565 (2001)

1.135 citações

Observing the progressive decoherence of the ''meter'' in a quantum measurement

Brune, M; Hagley, E; Dreyer, J; et al., PHYSICAL REVIEW LETTERS 77, 4887 (1996)

1.031 citações

Generation of Einstein-Podolsky-Rosen pairs of atoms

Hagley, E; Maitre, X; Nogues, G; et al., PHYSICAL REVIEW LETTERS 79, 1 (1997).

MANIPULATION OF PHOTONS IN A CAVITY BY DISPERSIVE ATOM-FIELD COUPLING -

QUANTUM-NONDEMOLITION MEASUREMENTS AND GENERATION OF SCHRODINGER CAT

STATES

BRUNE, M; HAROCHE, S; RAIMOND, JM; et al., PHYSICAL REVIEW A 45, 5193 (1992).

Total de citações > 16.000

Eletrodinâmica quântica de cavidades

Cavidade

supercondutora

Atomos de

Rydberg

Forno

Zonas de

Ramsey

Detector

Algumas realizações

Oscilaçãoes de Rabi do vácuo Colapsos e ressurgimentos:

Necessidade da quantização

do campo da cavidade

+ realizações

Estado do tipo gato de Schrödinger

Estados emaranhados (campo-campo, campo-átomo

e átomo-átomo)

Medida da decoerência

Medida direta da Função de Wigner

Teste de fundamentos da Mecânica Quântica

Portas lógicas quânticas

Nobel de Física 2012 – David Wineland

DEMONSTRATION OF A FUNDAMENTAL QUANTUM LOGIC GATE

MONROE, C; MEEKHOF, DM; KING, BE; et al., PHYSICAL REVIEW LETTERS 75, 4714 (1995).

Citações 990

Experimental entanglement of four particles

Sackett, CA; Kielpinski, D; King, BE; et al., NATURE 404, 256 (2000).

Citações 843

A ''Schrodinger cat'' superposition state of an atom

Monroe, C; Meekhof, DM; King, BE; et al., SCIENCE 272, 1131 (1996).

Citãções 785

Generation of nonclassical motional states of a trapped atom

Meekhof, DM; Monroe, C; King, BE; et al., PHYSICAL REVIEW LETTERS 76, 1796 (1996).

Citações 739

Citações > 22.000

Realizações

Resfriamento de íons apriosionados na armidilha

de Paul (primeiro passo!)

Construção de estados não clássicos vibracionais

de um único íon

Computação quântica universal

Medidas de fases topológicas

Emaranhamento de ions

Medidas precisas (definição da escala de

tempo)

Computação quântica escalável (quase)

…

Computação Quântica

Lei de Moore - 1965

Tamanho dos

transistores

atuais: 45 nm.

Raio atômico: 1

nm ~ 10 nm.

Origens

Richard Feynman- 1982

Como simular

eficientemente

sistemas quânticos?

Origens

Deutsch - 1985

Quais os limites para

a computação?

A computação é

Física!

qubit - bit quântico

0 1ou/e

1sin0cos ie

Estado de Superposição

Exemplos de qubits

O spin nuclear;

O elétron e o spin eletrônico em nanoestruturas

semicondutoras;

Dois estados atômicos;

Fótons: estados de polarização e número;

Fluxo do campo magnético

em uma junção Josephson.

Vantagens do processamento quântico

Fatoração em nºs primos

Algoritmo de Grover (1995)

clássico

quântico

Algoritmo de fatoração de P. Shor (1994)

Informação Quântica

Mecânica

Quântica?

Classicamente A e B tem acesso a mesma quantidade de informação.

Discórdia quântica

Estados separáveis correlacionados quanticamente

Estado com discórdia quântica não-nula.

Correlação além do emaranhamento.

Linhas de pesquisa

Fases geométricas (M. V.

Berry 1984) - São fases que

dependem apenas do

caminho que o estado

percorre.

Computação quântica geométrica

Resistência a alguns tipos de erros! Erros de Flutuações Experimentais

Proteção de estados quânticos

where

Computação quântica dissipativa

Computação quântica contínua no tempo

Correlações Clássicas e Quânticas

Conclusões e perspectivas

A quantização da radiação aprofundou o nosso

conhecimento sobre a natureza.

O controle experimental de sistemas quânticos

individuais nos permitiu confirmar todas estas

hipóteses.

Computador quântico.

A natureza é a informação que temos acesso?

Obrigado pela

atenção!

Contact: duzzioni@gmail.com