| dc.description.abstract | Nesta tese, exploramos uma fonte de fótons atenuada ao nível de poucos fótons, cujo o
estado quântico foi preparado em uma superposição de estados de caminhos transversais.
Utilizando técnicas propostas por Baldijão et. al. [Phys. Rev. A. 97, 032329 (2017)] e
caracterizadas por Borges et. al. [Phys. Rev. A. 97, 022301 (2018)], para realizar operações
generalizadas nestes graus de liberdade, nós conseguimos gerar estados quânticos de três
caminhos (qutrits) e implementar as operações necessárias para simular o decaimento
espontâneo em um átomo de três níveis com saltos quânticos.
Utilizando grades de difração periódicas em um modulador espacial de luz, nós implementamos
as operações quânticas para a simulação das dinâmicas de decaimento em
sistemas de três níveis com salto quântico em termos da decomposição de Kraus, para cada
um dos tipos de decaimento no sistema de três níveis: cascata, Λ e V . Nesta simulação
experimental, a quantidade de fótons em cada estado de caminho faz o papel da população
em cada um dos níveis de energia do átomo. As coerências entre os auto-estados de energia
estão relacionadas com as visibilidades dos padrões de interferência entre os pares de
feixes que formam a base dos estados de caminhos dos fótons. Os estados de caminho são
caracterizados a partir de medidas de imagem dos feixes de fótons com perfil transversal
Gaussianos e pelos padrões de interferência entre pares destes modos espaciais.
Também propomos teoricamente, utilizando a mesma metodologia, a realização experimental
de portas lógicas quânticas e portas lógicas quânticas controladas em estados
fotônicos de caminhos. Com a montagem experimental proposta, mostramos que é possível
implementar em qubits de caminhos Gaussianos todas as portas lógicas descritas pelas
matrizes de Pauli (σx, σy e σz), além de portas lógicas de fase. O mesmo método pode ser
explorado para qutrits, ou ainda, sistemas multi-caminho de dimensões maiores.
Na simulação das dinâmicas de decaimento, obtivemos resultados satisfatórios para os
termos da diagonal e para os módulo dos termos de fora da diagonal, isto é, apesar de um
pequeno desvio, eles estão de acordo com a previsão teórica. Esta simulação nos fornece
uma melhor compreensão de como os saltos quânticos podem afetar a coerência de um
estado de três níveis. Além disso, esta implementação poder ser usada para entender como
os saltos quânticos, em sistemas de grandes dimensões, afetam protocolos quânticos devido
à decoerência. | |
