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