Emaranhamento multicor para conexão de sistemas quânticos - Brasil, Túlio Brito (2021)
A interação luz-matéria é uma ferramenta usada para conectar, emaranhar, sondar e manipular sistemas quânticos. Para potencializar novas tecnologias quânticas, é necessário criar estados emaranhados, onde suas correlações exclusivas podem ser exploradas para obter vantagens que não são permitidas na física clássica. Além disso, diferentes sistemas precisam interagir uns com os outros para alavancar seus pontos fortes na execução de tarefas específicas. Naturalmente, enfrentamos o desafio de criar emaranhamento entre diferentes faixas do espectro eletromagnético para construir hardware quântico que não se limite a um sistema específico com uma porta de entrada/saída. Nesta tese, exploramos o Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) como uma fonte de estados emaranhados multicor. O OPO é um dispositivo óptico não linear comumente usado em óptica quântica; no entanto, devido à complexidade envolvida na medição de correlações quânticas entre cores diferentes, a abordagem usual concentrase em uma operação de estado monocromático. Estudamos duas condições onde o uso de emaranhamento multicor é um recurso promissor: - Emaranhamento de duas cores para redução de ruído quântico em interferômetros detectores de ondas gravitacionais (GWD), conforme requerido na proposta [1]. Gerando estados de vácuo emaranhados em 1064 nm e 852 nm com bandas laterais até frequências de áudio, o OPO fornece a conexão entre o interferômetro e um conjunto de átomos de césio. Neste protocolo, um referencial de massa negativa formado pelo conjunto de spin atômico é usado para remover o ruído quântico no sinal de onda gravitacional medido. - Emaranhamento de três cores para uma rede quântica entre átomos de rubídio e fotônica de silício. Novas tecnologias para alcançar escalabilidade precisam ser miniaturizadas e este projeto direciona redes quânticas para o reino da fotônica de silício. Obtendo o emaranhamento entre comprimentos de onda compatíveis com átomos de rubídio (linha D1 795 nm) e tecnologia CMOS (1608 nm), buscamos a ideia de realizar protocolos de teletransporte quântico em chip. Como resultado da primeira meta, violamos os critérios de separabilidade: Var [X-] + Var [Y+] = 0,32 < 2, até 350 kHz. Até onde sabemos, corresponde ao mais alto emaranhamento de cores distintas medido em variáveis contínuas. Este é o primeiro passo para a implementação de um link entre um GWD e um conjunto atômico. Usando esse resultado, os cálculos mostram que um ganho de sensibilidade de 6 dB pode ser alcançado. Em relação ao segundo objetivo, obtemos os parâmetros clássicos do OPO. Para a operação acima do limiar de oscilação, o ruído de fase que depende da temperatura e da potência intracavidade deteriora o emaranhamento de três cores. Mitigamos essas contribuições obtendo casamento de fase para 795 nm e 1608 nm na temperatura -43C e um limiar de oscilação de 5 mW. Esses resultados prometem resolver problemas técnicos de longa data que estavam limitando trabalhos anteriores de nosso grupo para alcançar uma interface quântica átomo-luz.