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Title: Não-separabilidade de graus de liberdade de um feixe laser e aplicações em informação quântica
Authors: Balthazar, Wagner Franklin
metadata.dc.contributor.advisor: Huguenin, José Augusto Oliveira
metadata.dc.contributor.members: Huguenin, José Augusto Oliveira
Galvão, Ernesto
Ribeiro, Paulo Henrique Souto
Sarthour Júnior, Roberto Silva
Hor-Meyll, Malena
Issue Date: 26-Feb-2016
Abstract: 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.
metadata.dc.description.abstractother: Degrees of freedom of a laser beam have been widely used to emulate quantum states, even when entanglement is a requirement. In this case, we use non-separable modes. In this thesis, we manipulate these three degrees of freedom of a laser beam, polarization, transverse modes and path. According to the best of our knowledge, for the first time, the path is associated with the polarization and transverse modes to set up a tripartite classical state of a laser beam, in order to emulate states with quantum properties. In this way, we have a fundamental work to demonstrate experimentally that this tripartite non-separable state is characterized by violation of Mermin–type inequality. We present applications of a bipartite and tripartite modes to perform conditional operators which can be used to implement quantum gates and perform quantum games. Two logic gates that realize conditional operations are presented. The first is a _ phase gate, whose conditional phase control occurs when, for a given polarization state, the beam passes through an astigmatic converter and acquires a Gouy phase. We also present the realization of a conditional operation that is associated with Toffoli gate, where we manipulate the three degrees of freedom to experimentally verify its operation. We show that this operation is able to generate GHZ–type states, a classical analogue of a tripartite entanglement. Using polarization and transverse modes, we implement two quantum games. The first is an experimental demonstration of a sequential quantum duel, where the state of the players that shoot each other sequentially, is represented by the polarizations and transverse modes. We emulate experimentally different combat situations, as in the case where the players start the duel alive or in an alive–dead superposition. We also present an original quantum game, the simultaneous quantum duel, where Alice and Bob shoot each other simultaneously. We discussed the construction of the simultaneous operator as a function of Alice and Bob’s shooting parameters and we emulate many different combat situations for this game. Moreover, we propose an implementation of simultaneous quantum duel using twin photons and linear optics.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6126
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