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16/08/2019 Colóquio Operações quânticas automatizadas e simulação em qutrits fotônicos - Sebastião Pádua (Departamento de Física-UFMG)

Resumo:

Sistemas quânticos de três níveis tem uma grande importância na natureza. A estrutura de níveis de energia mais simples para a operação laser e para o resfriamento de átomos por laser sub-Doppler é um sistema de três níveis, por exemplo. O sistema de níveis mais simples para se o observar fenômeno quântico de contextualidade, através de medidas sequenciais, é o sistema de três níveis. Na informação quântica, os estados de três níveis são chamadas de qutrits, uma generalização do qubit, para dimensão do estado quântico d =3. Graus de Liberdade diferentes dos fótons podem ser utilizados para se definir ou codificar o qutrit. No caso de fótons podemos usar os graus de liberdade de momento angular ou do caminho do fóton ao passar por aberturas múltiplas. Operações quânticas são transformações do estado quântico que transformam um estado em outro como por exemplo a projeção, medida generalizada,  permutação de coeficientes do estado.

Desenvolvemos uma montagem óptica experimental capaz de implementar uma classe de operações quânticas em estados de qutrit com fótons preparados nas variáveis de caminho, cujo modo espacial tem perfil transversal gaussiano. Para implementar uma operação de projeção, por exemplo, é necessário poder, em princípio, transformar um estado inicial que pode ser um estado de uma componente da base em um estado de superposição de outras componentes. A configuração que implementa as operações precisa  transformar um estado de caminho fotônico em um estado de D caminhos na saída do interferômetro. Tal transformação é difícil de ser realizada para estados de caminho de fótons utilizando aberturas físicas.

Apresentamos uma implementação experimental de operações de projeção e permutação usando qutrits fotônicos codificados em estados de caminho em modo espacial com perfíl gaussiano. Tal configuração experimental permite obter um estado qutrit na saída da montagem, tornando-os úteis para a realização de operações quânticas sequenciais. As operações atuais são implementadas explorando a difração de um feixe gaussiano por um modulador espacial de luz devido a uma modulação de fase periódica programada neste dispositivo. Identificamos um conjunto de grades de fase de difração para cada operação realizada, de modo que o experimento é automatizado no sentido de que as operações são alteradas apenas mudando a grade de fase no modulador espacial controlado por um computador. Resultados recentes mostram a possibilidade de usar esta configuração óptica para simular sistemas abertos quânticos: sistemas de três níveis com saltos quânticos entre os níveis.

 

Referências

[1] G. F. Borges, R. D. Baldijão, J. G. L. Condé, J. S. Cabral, B. Marques, M. T. Cunha, A. Cabello and S. Pádua, Phys. Rev. A 97, 022301 (2018).

[2] R. D. Baldijão, G. F. Borges, B. Marques, MA Solís-Prosser, L Neves and S. Pádua, Phys. Rev. A 97, 032329 (2017).

Data da última modificação: 14/08/2019, 14:16

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