Não-separabilidade de graus de liberdade de um feixe laser e aplicações em informação quântica

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Balthazar, Wagner Franklin
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Volta Redonda
• Palavras-chave em Português: Informação quântica; Jogos quânticos; Feixe de laser; Desigualdade de Mermin; Quantum information; Quantum games; Laser beam; Mermin’s inequality
• Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6126

Graus de liberdade de um feixe laser têm sido amplamente utilizados para emular estados quânticos, mesmo quando o emaranhamento é uma exigência. Neste caso, utilizamos os modos não-separáveis. Ao longo desta tese, manipulamos três graus de liberdade de um feixe laser, a saber, polarização, modos transversos e caminho. De acordo com o melhor do nosso conhecimento, pela primeira vez o caminho, associado a polarização e modos transversos, foi utilizado para configurar um estado clássico tripartido de um feixe laser, com objetivo de emular estados com propriedades quânticas. Isso nos levou a um trabalho fundamental, demonstrar experimentalmente que esse estado não-separável tripartido é caracterizado por de violar uma desigualdade tipo-Mermin. Também apresentamos aplicações dos modos bipartido e tripartido para realizar operações condicionais que podem ser usadas para implementar portas lógicas quânticas e realizar jogos quânticos. Apresentamos duas portas lógicas que realizam operações condicionais. A primeira é uma porta de fase _, cujo controle de fase condicional ocorre quando, para um dado estado de polarização, o feixe passa por um conversor astigmático e adquire uma fase de Gouy. Também apresentamos a realização de uma operação condicional associada à porta Toffoli, onde manipulamos os três graus de liberdade, para verificar experimentalmente seu funcionamento. Mostramos que essa operação é capaz de gerar estados tipo-GHZ, um análogo clássico de um emaranhamento tripartido. Utilizando modos de polarização e modos transversos, realizamos dois jogos quânticos. O primeiro é a demonstração experimental do duelo quântico sequencial, onde o estado dos jogadores que atiram um no outro em sequência é representado pela polarização e modos transversos. Emulamos experimentalmente várias situações de combate, como o caso em que os jogadores iniciam o duelo vivos ou numa superposição de vivo ou morto. Apresentamos também um jogo original, o duelo simultâneo, onde Alice e Bob atiram um no outro simultaneamente. Nós discutimos a construção do operador simultâneo em função dos parâmetros de tiro de Alice e Bob e emulamos várias situações de combate para esse jogo. Além disso, propomos uma implementação do duelo quântico simultâneo utilizando fótons gêmeos e óptica linear.