Óptica quântica aplicada a testes em fundamentos da mecânica quântica e caracterização de novas memórias atômicas

Abstract

Nesta tese, exploramos técnicas de óptica quântica para abordar dois problemas distintos. Primeiro, relatamos passos experimentais significativos em direção a um teste sobre a realidade da função de onda, destacando a possibilidade de diferenciar o colapso instantâneo da função de onda de sua redução em tempo finito. Para isto, foi necessária a caracterização de uma fonte capaz de gerar estados de fótons parcialmente emaranhados em polarização. Essa fonte é baseada em interferômetro de Sagnac e em um cristal de PPKTP que, pelo processo de conversão paramétrica descendente espontânea, gera pares de fótons colineares e com polarização ortogonais. O sistema é bombeado pelo trem de pulsos de um laser de femtossegundos pulsado. O emaranhamento parcial requerido dos estados de pares de fótons é caracterizado pela violação que produzem na desigualdade de Clauser- Horne-Shimony-Holt (CHSH) e a sincronização é obtida através de medições de varreduras temporais. Isto nos permite compreender melhor as condições instrumentais necessárias para a execução de um teste final da hipótese de um tempo finito de colapso da função de onda. Para nosso segundo problema, investigamos o espalhamento espontâneo de fótons de um conjunto de átomos frios de dois níveis a um certo ângulo. Para isto, utilizamos uma armadilha magneto-óptica para átomos de Rubídio-87. Relatamos a observação de correlação entre fótons espalhados por pulsos consecutivos do laser de excitação, com uma dessintonia muito maior do que o inverso do tempo de vida do estado excitado. Tais correlações mostram um aumento da probabilidade de detectar outro fóton na mesma direção, uma vez que o primeiro foi observado, e modificações na estatística dos fótons da luz espalhada condicionada. Elas duram consideravelmente mais do que o tempo de vida do estado excitado e são robustas ao processo de leitura, apontando o papel fundamental das ressonâncias induzidas por recuo no sistema.