Medição da Fase Topológica Fracionária em qudits fotônicos codificados espacialmente

• Autor(a) principal: Artur Araújo Matoso
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/30616; https://orcid.org/0000-0003-4039-0544
• topic: Óptica quântica; Informação quântica; Topologia; Interferometria; Qubits; Qudits; Óptica quântica; Informação quântica; Topologia; Interferometria; Qubits; Computação quântica

Neste trabalho realizamos dois experimentos para observar a fase topológica fracionária em sistemas de dois qudits fotônicos. O grau de liberdade em que os qudits são codificados é a posição transversal de pares de fótons gerados pela conversão paramétrica descendente espontânea após serem transmitidos por fendas múltiplas. Os fótons neste fenômeno são quanticamente correlacionados em momento e energia. Inicialmente revisamos a teoria sobre a origem das fases adquiridas pelos estados quânticos de um e de dois qubits ao evoluir, onde identificamos as fases dinâmica, geométrica e topológica. Examinamos em seguida a generalização da fase topológica para dois qudits, e discutimos a sua relação com o conceito de conexidade de um espaço. Mostramos então uma forma de medir a fase topológica, considerando que ela deve aparecer como uma fase relativa entre dois estados quânticos que interferem. Realizamos a medição construindo um interferômetro óptico com um modulador espacial de luz inserido nele para implementar as operações unitárias necessárias. A polarização é utilizada como um grau de liberdade auxiliar para que as operações atuem de forma condicional. Os resultados se mostram próximos às previsões teóricas, demonstrando a dependência da fase com a dimensão do espaço de Hilbert do estado. Em uma segunda montagem medimos a fase topológica fracionária para qudits sem utilizar um interferômetro longitudinal. Uma nova fonte de pares de fótons emaranhados em polarização é utilizada nesta nova montagem. O emaranhamento no grau de liberdade auxiliar, polarização, é utilizado como um recurso para eliminar o interferômetro, propiciando uma melhora significativa na visibilidade das curvas de interferência medidas, e um grande aumento na relação sinal/ruído. Nesta nova montagem, fomos capazes de realizar operações unitárias em ambas as partes do sistema de dois qudits.