Correlações Quânticas em sistemas atômicos

A geração de estados não clássicos da luz pode ocorrer em processos não-lineares, por exemplo quando a nuvem eletrônica de átomos no estado gasoso interagem com um feixe laser intenso. No LMCAL, células de vapor de rubídio são empregadas como amplificadores paramétricos ópticos (OPAs) e, quando inseridas em uma cavidade óptica, passam a operar como osciladores paramétricos ópticos (OPOs). OPAs e OPOs são ferramentas para a geração de luz quântica que exibe compressão de ruído (squeezing), entrelaçamento (entanglement), e demais propriedades que podem ser usadas para a transmissão de informação ou computação quântica.

(Feixes gerados pelo Amplificador Paramétrico Óptico com um feixe semente)

O OPA é uma opção para a computação quântica baseada em medições (measurement-based quantum computing, MBQC), porque deve permitir a geração de redes de estados emaranhados (cluster states). Essas redes permitem o aumento de escala e o controle da descoerência dos sistemas de computação, dois dos atuais gargalos da tecnologia. A proposta do LMCAL utiliza dois feixes intensos de bombeio separados em frequência dentro da largura de linha do espectro da Mistura de Quatro Ondas, acompanhados de um feixe-semente monomodo de baixa intensidade. A interação entre os dois bombeios e o prova gera dois feixes (prova e conjugado), cada um com numerosas frequências que podem estar entrelaçadas entre si. O objetivo é caracterizar esse entrelaçamento para identificar o tipo de rede gerada, e aplicar posteriormente em MBQC.

(OPA com bombeio duplo deve gerar entrelaçamento entre vários modos, conhecidos como "estados cluster")

Os OPOs são frequentemente utilizados em experimentos de informação quântica baseada em variáveis contínuas por serem fontes versáteis de estados gaussianos não-clássicos da luz. O comportamento de OPOs baseados em cristais é amplamente conhecido tanto abaixo quanto acima do limiar de oscilação, mas a transição entre os dois regimes não é bem conhecida pelas limitações dos regimes de potência onde os efeitos ocorrem. Por outro lado, o OPO baseado em vapor de Rubídio é uma fonte robusta de entrelaçamento com ganhos muito altos, e permite a operação com cavidades significativamente abertas. Nessas condições, o limiar de oscilação se torna suave, e permite a investigação da gaussianidade dos estados gerados. Além disso, o ganho também permite a operação com potências de saída muito acima do limiar, o que não é possível nos sistemas com cristais. A geração de estados quânticos não-gaussianos nessa abordagem permitiria a computação universal com variáveis contínuas.