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MCT/CNPq/FNDCT/CAPES/FAPEMIG/ FAPERJ/FAPESP – INSTITUTOS NACIONAIS DE

CIÊNCIA E TECNOLOGIA

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia - Informação Quântica (INCT-IQ)

Coordenador: Prof. Amir O. CaldeiraUnicamp

Vice-coordenador: Prof. Luiz DavidovichUFRJ

Introdução

A Informação Quântica é uma disciplina em que são estudados métodos para caracterizar, transmitir, processar, armazenar, compactar e utilizar computacionalmente a informação contida em sistemas quânticos. Essas características têm motivado o estudo detalhado de um grande número de sistemas físicos, buscando-se candidatos apropriados para a realização dessas tarefas. Trata-se de um tema amplo e multidisciplinar, que teve um desenvolvimento acelerado nos últimos anos, motivado de um lado pelo seu interesse fundamental, e de outro pelas perspectivas de aplicação em computação, comunicações e criptografia.

A presente proposta trata da formação de um Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia – Informação Quântica (INCT-IQ). A importância deste instituto deriva da necessidade de desenvolver no país pesquisas básicas que conduzam ao desenvolvimento de tecnologias nas áreas de computação e comunicação quântica. Em particular, a pesquisa para o desenvolvimento de tecnologias de comunicação, utilizando a criptografia quântica, é extremamente importante, já que este é o único método de transmitir informação intrinsecamente inviolável. Este fato é responsável pelo grande interesse em sistemas de criptografia quântica no nível governamental e pela produção de sistemas protótipos por diversos grupos de pesquisa [GISIN02] e empresas [IDQUANTIQUE, MAGICQ, SMARTQUANTUM]. Interesse adicional na área, decorre de que um computador quântico poderá realizar tarefas que são intratáveis com computadores clássicos. O principal exemplo deste tipo de problema é a fatoração de grandes números. A fatoração e outras operações matemáticas semelhantes formam a base dos atuais

métodos de criptografia clássica. A construção de um computador quântico ameaçará a segurança dos atuais métodos de comunicação e comércio eletrônico. Portanto, tanto do ponto de vista acadêmico quanto do ponto de vista comercial e estratégico, fica evidente a necessidade de levar o Brasil à fronteira do conhecimento nesta área, de forte envolvimento internacional.

Para situar o INCT-IQ dentro do contexto do desenvolvimento internacional e estado da arte da Informação Quântica, faremos uma breve introdução histórica do tema, enfatizando os principais avanços teóricos e experimentais, assim como os resultados recentes mais importantes. Começamos fazendo um paralelo entre a Revolução Industrial nos séculos 18 e 19 e a “Revolução da Informação” que está em pleno andamento. A primeira foi possível, em grande parte, por causa dos avanços da ciência da época, tais como o desenvolvimento das teorias da termodinâmica e do eletromagnetismo. A segunda vem sendo impulsionada pelo rápido desenvolvimento de diversas tecnologias de informação, cujos fundamentos estão em duas teorias: a Mecânica Quântica e a Teoria da Informação. Através da Mecânica Quântica chegou-se aos dispositivos semicondutores e ao laser, por exemplo, que são encontrados em computadores, na internet, telefones celulares, aparelhos de CD e DVD, máquinas fotográficas digitais e muitos outros. A teoria da informação, de sua parte, levou a avanços na quantificação e manipulação da informação que podem ser exemplificados pela compactação de informação digital, como em arquivos de música MP3. O caráter fundamental dos avanços nestas duas teorias, contrasta com o grande impacto que eles tiveram e vêem tendo no dia a dia das pessoas comuns, materializados em aplicações tecnológicas.

Atualmente, encontramo-nos no início de uma nova fase desta “Revolução da Informação”, em que o caráter quântico dos dispositivos desempenha um papel fundamental. Embora a maior parte dos equipamentos, tanto de comunicação quanto de processamento de informação, empreguem dispositivos cujo funcionamento depende das leis da Mecânica Quântica (tais como o transistor), a informação em si é de natureza clássica. São os chamados bits clássicos de um computador comum ou de um canal de comunicação digital. A evolução dos dispositivos de processamento de bits clássicos aponta para a miniaturização dos componentes eletrônicos. Eventualmente, os aspectos quânticos da informação terão que ser enfrentados e compreendidos tanto pelos físicos como pelos engenheiros. Seja pela possibilidade crescente de tirar proveito das propriedades quânticas dos sistemas físicos para acelerar o processamento e aumentar a segurança na transmissão da informação, seja pelo fato de que a integração dos componentes eletrônicos acabará inevitavelmente ingressando na escala de grandeza microscópica, a evolução dos sistemas de informação exigirá uma abordagem quântica também da informação e não apenas dos dispositivos.

Em conseqüência desta situação, nos últimos anos foi iniciada uma grande corrida científica e tecnológica, na qual o domínio e a manipulação de propriedades quânticas da matéria e da radiação desempenham o papel principal. Átomos, íons, fótons, pontos quânticos (dispositivos semicondutores) e ainda dispositivos supercondutores, são candidatos à realização de aplicações aproveitem estas propriedades físicas que não têm contrapartida no mundo clássico. A idéia de tirar proveito das leis do mundo quântico para alguma aplicação prática não é muito recente. Físicos como Richard Feynman[FEYNMAN82] e David Deutsch[DEUTSCH84], já apontavam nesta direção. A idéia deles, era de que algumas das exóticas propriedades dos sistemas quânticos poderiam ser usadas para melhorar o desempenho de tarefas de processamento de informação. De fato, cerca de dez anos depois, começaram a surgir idéias mais concretas neste sentido. Entre elas podemos destacar as demonstrações de que alguns algoritmos implementados com bits quânticos poderiam ter desempenho superior ao de seus análogos clássicos [SHOR94,GROVER97]. Além disto, a proposta de comunicação secreta inviolável, feita por Bennett e Brassard [BENNET84], baseada em um princípio quântico chamado teorema da não clonagem, contribuiu para mostrar definitivamente que os bits quânticos poderiam substituir os bits clássicos e com grandes vantagens.

Paralelamente a este desenvolvimento, motivado pela perspectiva de aplicações tecnológicas, tivemos também grandes avanços de caráter fundamental, e que agora se confundem com a história do nascimento da Informação Quântica. O personagem principal, neste caso, é uma propriedade dos sistemas quânticos chamada de emaranhamento ou entrelaçamento, que vem intrigando os físicos desde os primórdios da Mecânica Quântica[EISTEIN05,BELL64]. Atualmente, uma boa parte dos esforços para o desenvolvimento da Informação Quântica, estão voltados para a geração, caracterização e transmissão de estados emaranhados. Com fótons, já se consegue gerar estados emaranhados de dois [KWIAT99,MAIR01], três [PAN00], quatro [LAMAS-LINARES01] e até seis partes [LU07]. Estes estados são utilizados para a realização experimental do teletransporte quântico [BOUWMEESTER97, FURUSAWA98, PAN03B, ZHANG06], que trata da transferência de um estado quântico arbitrário entre duas partes, para a implementação de criptografia quântica [JENNEWEIN00, WAKS02, GROSSHANS03, URSIN07], destilação e purificação de emaranhamento [KWIAT01,PAN01,PAN03A] e para a implementação de portas lógicas e algoritmos quânticos [OBRIEN03,OBRIEN07,POLITI08]. Entre todas estas aplicações dos estados emaranhados de fótons, destacamos a realização da computação de via única [RAUSSENDORF01,WALTHER05,PREVEDEL07], que indica um possível caminho rumo ao computador quântico. Além disto, as questões fundamentais continuam sendo debatidas e novos testes da não-localidade da Mecânica Quântica [GROBLACHER07,SALART08] vêm sendo feitos e também têm grande importância para o futuro da Informação Quântica.

Além dos fótons, estados emaranhados são produzidos com outros sistemas, tais como íons em armadilhas [HAFFNER05, LEIBFRIED05, ROOS06, BLATT08, BLOCH08] e também servem para a implementação de portas lógicas [SCHMIDT-KALER03, LEIBFRIED03, BENHELM08], algoritmos e protocolos básicos [GULDE03,BARRETT04,RIEBE04, REICHLE06] e correção quântica de erros [CHIAVERINI04]. Os sistemas baseados em semicondutores continuam se apresentando como os candidatos naturais para a substituição dos atuais computadores baseados em silício [KANE98, KROUTVAR04, ELZERMAN04, GREILICH06, FUSHMAN08, ROBLEDO08]. Um reforço bastante recente ao rol de sistemas físicos para a informação quântica, foi obtido com os bits quânticos, ou qubits, supercondutores [WALLRAFF04, CLARKE08, GRAJCAR08]. São sistemas mesoscópicos capazes de implementar bits quânticos e que têm um comportamento análogo aos sistemas de eletrodinâmica de cavidade [PASHKIN03, YAMAMOTO03, CHIORESCU04], com a vantagem de ter uma maior perspectiva de escalabilidade. Um outro aspecto crucial para o desenvolvimento de hardware quântico é a interface entre sistemas fotônicos e atômicos [CHOU05,TANZILLI05, FELINTO06,CHOI07, WILK07], para transferir informação quântica entre os dois tipos diferentes de sistemas [MONROE02,KIMBLE08], e estabelecer emaranhamento a longa distancia com repetidores quânticos [DUAN01,CHOU07,CHEN08].

a) descrição detalhada do programa do instituto, com justificativa e demonstração da relevância, com destaque no avanço pretendido no Brasil para a área ou tema;

No Brasil, a pesquisa em Informação Quântica tem crescido rapidamente nos últimos anos. Este forte crescimento foi motivado em boa parte pela formação do Instituto do Milênio de Informação Quântica a partir do “Programa Institutos do Milênio 2002-2005” do CNPq, e sua prorrogação em 2005-2007 a partir do “Programa Institutos do Milênio 2005-2008” - CNPq. Hoje está provado que a criação do Instituto do Milênio de Informação Quântica foi extremamente positiva, não apenas pelo desenvolvimento da Informação Quântica em si, mas também pelo aumento sensível da interação entre pesquisadores de áreas bastante distintas. Anteriormente ao Instituto do Milênio, embora a Informação Quântica fosse um campo de pesquisa bastante recente, já contava o Brasil com vários pesquisadores e laboratórios. Apesar de atuarem de forma independente e não coordenada nacionalmente, eles já haviam dado contribuições relevantes no cenário internacional. O Instituto de Informação Quântica consolidou e coordenou esses

esforços, possibilitando a criação de novos laboratórios, fomentando a formação de profissionais na área e produzindo um salto de qualidade nas pesquisas realizadas nessa área no Brasil. O Instituto ajudou a produzir uma massa crítica de pesquisadores, levando a um expressivo crescimento do número de publicações em jornais científicos importantes da área, incluindo trabalhos experimentais inteiramente realizados no Brasil e publicados em revistas como Nature, Science e Physical Review Letters. Outro aspecto que marcou a evolução da área, foi a realização de vários eventos internacionais no Brasil, tais como a escola/workshop PASI – The Physics of Information, em Búzios, RJ, 2003, e a escola/workshop Quantum Information School and Workshop, Paraty, RJ, 2007. Ambos, eventos internacionais, organizados por pesquisadores participantes do Instituto do Milênio e recebendo dele, apoio financeiro e administrativo. Esses eventos, juntamente com as reuniões anuais de avaliação das atividades do Instituto, resultaram não só em algumas publicações conjuntas (envolvendo a UFRJ, UFF, UFMG e...), mas também tiveram um papel importante de influenciar, graças à troca de informações e idéias, o desenvolvimento da área em diversas instituições. Isso explica, por exemplo, a intensificação de pesquisas sobre o papel da descoerência, que deu origem a artigos publicados por pesquisadores da UFRJ, UNICAMP, USP –SP, UFSCar e UFMG; sobre eletrodinâmica quântica em cavidades e armadilhas de íons, com artigos publicados por pesquisadores da UFRJ, UNICAMP, UFSCar, USP-SP e UFMG; sobre caracterização e detecção de estados emaranhados, com artigos publicados por pesquisadores da UFRJ, UFMG, UNICAMP; e envolvendo sutis propriedades de estados emaranhados de fótons gêmeos, demonstrados através de experimentos realizados na UFRJ, UFMG, UFF e USP. As atividades realizadas contribuíram também para que os estudantes conhecessem melhor as atividades dos diversos grupos, o que influenciou a definição de seus projetos de tese. Um número expressivo de estudantes foi formado nessa área, e vários desses estudantes são agora professores em instituições brasileiras, algumas das quais ainda sem grupos de pesquisa consolidados.

Para aproveitar essa massa crítica de pesquisadores, é necessário consolidar a atuação nesta área através de investimento consistente e do estabelecimento de uma estratégia de atuação integrada. Esta consolidação poderá ser alcançada com a formação do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia – Informação Quântica. Com quase dez anos de Institutos de Informação Quântica no Brasil, notamos que o investimento tem oscilado. O primeiro Instituto do Milênio contou com cerca de 5 milhões de reais, 10 laboratórios e 40 professores pesquisadores. No segundo, os recursos foram reduzidos para 2 milhões, o número de laboratórios passou para 14 e o de professores pesquisadores para 70, indicando claramente uma drástica redução do investimento. Mesmo assim, a produção na área e no Brasil, aumentou em quantidade e qualidade. Estes progressos se tornaram evidentes pelos encontros de avaliação e pelos relatórios parciais do atual Instituto.

Nosso objetivo agora é focalizar na integração da atuação do Instituto, ampliando a atuação experimental, e mantendo a qualidade atual. Conforme será detalhado a seguir, pretendemos atingir este objetivo intensificando a colaboração interna através de intercâmbio de alunos, visitas científicas prolongadas, encontros temáticos e escolas de informação quântica. Está previsto também um apoio consistente a grupos emergentes, constituídos em algumas instituições por jovens pesquisadores que se formaram em grupos pertencentes ao Instituto do Milênio de Informação Quântica. Assim, o Instituto Nacional congregará, além dos grupos que já vêm trabalhando sobre esse tema há alguns anos, novos grupos em instituições que não faziam parte dos projetos anteriores, o que certamente contribuirá para consolidar a pesquisa e a pós-graduação nessas instituições. O Instituto Nacional será a base para trazer ao país lideranças internacionais na área, difundindo o tema e fazendo uso da escola de altos estudos da CAPES, o que servirá também para estimular a formação de recursos humanos na área. O Instituto apresenta uma oportunidade singular de fomentar o desenvolvimento da ciência e tecnologia baseada em Informação Quântica no Brasil e na América do Sul. O Brasil é o país da América Latina com maior número de pesquisadores e maior produção nesta área e tem um papel importante para que se chegue a uma efetiva colaboração latino-americana incluindo países como a Argentina, Chile, Peru, Uruguai, Colômbia e México, que já têm demonstrado interesse por este intercâmbio.

O INCT-IQ congregará pesquisadores das áreas de Óptica Clássica, Óptica Quântica, Física Atômica, Física do Estado Sólido, Teoria da Informação Clássica e Quântica e Ciência da Computação. São 20 grupos de pesquisa, 12 laboratórios, em 15 instituições localizados em 7 estados do país, formando uma rede científica que trabalhará de forma coerente e coordenada.

Os grupos participantes:

Grupo Sigla Natureza Instituição LocalizaçãoLaboratório de Informação Quântica com Sistemas Atômicos

LIQA-UFPE experimento UFPE Recife, PE

Grupo de Óptica e Materiais

GOM-UFAL experimento UFAL Maceió, AL

Laboratório de Tecnologia da Informação Quântica

LTIQ-UFC experimento UFC Fortaleza, CE

Enlight ENLIGHT-UFMG

teoria UFMG Belo Horizonte, MG

Grupo de Informação e Computação Quântica

GICQ-UFU teoria UFU Uberlândia, MG

Laboratório de Óptica Quântica

LOQ-UFRJ experimento UFRJ Rio de Janeiro, RJ

Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares

LACAM-UFRJ

experimento UFRJ Rio de Janeiro, RJ

Laboratório de Átomos Frios do Rio de Janeiro

LAFRJ-UFRJ experimento UFRJ Rio de Janeiro, RJ

Grupo de Óptica Quantica e Informação Quântica

GOIQ-UFRJ teoria UFRJ Rio de Janeiro, RJ

Grupo de Matéria Condensada Teórica

GMCT-UFRJ teoria UFRJ Rio de Janeiro, RJ

Grupo de Óptica e Informação Quântica

GOIQ-UFF ambos UFF; UFF-VR Niterói, RJ; Volta Redonda, RJ

Grupo de Informação Quântica e Fenômenos Críticos

GIQFC-UFF teoria UFF Niterói, RJ

Grupo de Caos Quântico e

GCQIQ-CBPF teoria CBPF Rio de Janeiro, RJ

Informação QuânticaGrupo Processamento da Informação Quântica por Ressonância Magnética Nuclear

GPIQRMN experimento CBPF; USP/São Carlos; UFES

Rio de Janeiro, RJ; São Carlos, SP; Vitória, ES

Laboratório de Comunicações Quânticas

LCQ experimento PUC-Rio Rio de Janeiro, RJ

Grupo de Informação Quântica

GIQ-UFABC teoria UFABC Santo André, SP

Ciência de Computação

CC-Unicamp teoria Unicamp Campinas, SP

Grupo de Óptica Quântica

GOQ-Unicamp

teoria Unicamp Campinas, SP

Grupo de Teoria -DFMC

GTDFMC-Unicamp


Grupo Teoria da Codificação Quântica - Unicamp

GTCQ-Unicamp


Laboratório de Interações Atômicas

LIA-USP/SC experimento USP/São Carlos São Carlos, SP

Grupo de Informação Quântica Teórica

GIQT teoria UFSCAR;USP/São Carlos; UCG

São Carlos, SP, Goiânia, GO

Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz

LMCAL-USP experimento USP São Paulo, SP

Grupo de Teoria GT-USP teoria USP São Paulo, SPGrupo de Informação Quântica

GIQ-UEPG teoria UEPG Ponta Grossa, PR

b) objetivos e metas claramente definidos, que possibilitem o acompanhamento e a avaliação;

I. Fomentar e organizar a pesquisa em Informação Quântica, resultando em avanços fundamentais e tecnológicos. Este objetivo será atingido através da identificação e coordenação de objetivos temáticos, listados abaixo.

II. Consolidar os grupos de pesquisa menos desenvolvidos com a ajuda dos grupos de pesquisa mais experientes, através de visitas técnicas, intercâmbio de alunos, e reuniões periódicas.

III. Formação de recursos humanos através de iniciação científica, pós-graduação, estágios de pós-doutorado, realização de escolas de Informação Quântica, e treinamento com técnicas experimentais sofisticadas.

IV. Apoiar os grupos de pesquisa e laboratórios emergentes (e.g. UFF-Volta Redonda, UFABC, UFU e UFC).

V. Estimular o desenvolvimento no país de linhas experimentais de pesquisa, importantes e de grande envolvimento internacional, mas que ainda são inexistentes ou incipientes no Brasil. Alguns exemplos são: óptica quântica em semicondutores, redes óticas, memórias quânticas, montagem de um sistema nacional de criptografia quântica e dispositivos supercondutores. Esse estímulo será feito através de mini-cursos dados por expoentes internacionais, visitas prolongadas de pesquisadores experientes na área, estágios de pesquisadores e envio de estudantes para instituições de ponta no exterior.

VI. Disseminação de informações sobre a área para o público, através do projeto de experimentos e demonstrações didáticas.

VII. Divulgação de resultados através de publicações nas melhores revistas internacionais e participação de eventos no Brasil e no exterior.

Objetivos Temáticos do INCT-IQ

A Informação Quântica é uma área que, além de reunir pesquisadores de diversas disciplinas, fornece uma linguagem comum para discutir conceitos presentes em contextos diferentes. O Instituto INCT-IQ conta com a participação de mais de 60 pesquisadores de diferentes disciplinas, e tem como objetivo principal o apoio e coordenação destes pesquisadores para fomentar pesquisa na área. Para atingir este objetivo, o Instituto se organizará em temas de pesquisa gerais, com ênfase em aspectos experimentais e interação entre grupos teóricos e experimentais. Estes temas foram escolhidos por sua atual importância na área, pelos interesses dos grupos de pesquisa integrantes do Instituto, e pela necessidade de apoiar linhas de pesquisa importantes, que atualmente são inexistentes ou quase-inexistentes no Brasil. O INCT-IQ atuará através de apoio financeiro, organizando visitas científicas e outros tipos de intercâmbio. Incluído no orçamento do INCT-IQ está o financiamento de novos laboratórios, especializados em técnicas experimentais de ponta, atualmente inexistentes no pais e de grande importância para a área (ver temas 8, 9 e 10 abaixo).

1. Criptografia quântica e comunicação quântica. O desenvolvimento de métodos de comunicação segura é uma meta crucial para o país. O INCT-IQ tem como objetivo o desenvolvimento de criptografia quântica no Brasil. Os grupos LTIQ-UFC, ENLIGHT-UFMG, GOIQ-UFF, LOQ-UFRJ, LMCAL-USP, LCQ-PUC,GOM-UFAL e GOQ-UINCAMP trabalharão na implementação prática de protocolos de criptografia já existentes e no desenvolvimento de novos protocolos para criptografia e comunicação quântica. Objetivos principais são a realização de experimentos em fibras ópticas e no espaço livre, usando fontes de laser atenuadas e fontes de pares de fótons, além de esquemas de variáveis contínuas. Devido ao grande interesse nacional neste assunto, a coordenação de esforços nessa área pelo INCT-IQ seria de extrema importância. Está prevista a realização de um encontro temático sobre a criptografia quântica.

2. Interface átomo-luz, Memória Quântica e Repetidores Quânticos. A transferência de informação quântica de variáveis atômicas para a luz, e vice e versa, é essencial para a integração de sistemas de transmissão de informação quântica aos módulos de processamento e para o estabelecimento de emaranhamento a longa distância. Portanto, o INCT-IQ tem como objetivo o estudo experimental desta interface átomo-luz no contexto da Informação Quântica. Os laboratórios LIQA-UFPE e LMCAL-USP trabalharão com a interação entre a luz e átomos numa célula de vapor ou em armadilhas magneto-ópticas. Metas destes estudos são a transferência de informação quântica entre estados não-

clássicos da luz e a matéria e o armazenamento de informação quântica para a implementação de uma memória quântica. Estes são os primeiros passos para a implementação de um repetidor quântico. Além de apoio financeiro a esses estudos, o INCT-IQ fomentará a colaboração entre esses laboratórios e grupos teóricos do Instituto, através de visitas técnicas e intercâmbio de alunos.

3. Computação quântica com ressonância magnética nuclear. A ressonância magnética nuclear (RMN) tem se destacado como uma técnica útil para investigação de algoritmos quânticos. O INCT-IQ tem como objetivo a investigação de algoritmos quânticos e simulações de sistemas quânticos usando o RMN. O grupo GPIQRMN, composto por pesquisadores de três instituições, realizará estudos experimentais de algoritmos e operações quânticas. Ao mesmo tempo, o grupo estudará novos materiais, tendo em vista a sua utilização em processadores quânticos. Esta linha convergirá com o item 9.

4. Computação quântica com átomos frios e condensados. Na última década foram apresentadas propostas para a realização de experimentos de computação e informação quântica em sistemas atômicos envolvendo átomos e moléculas aprisionadas e condensados. Para implementar essas propostas, é preciso aperfeiçoar as técnicas de aprisionamento de átomos e desenvolver métodos experimentais para a implementação de interações atômicas. O INCT-IQ coordenará trabalho experimental realizado nos laboratórios LAFRJ-UFRJ, LIA-USP/SC, e trabalho teórico feito pelo GICQ-UFU. Os laboratórios desenvolverão técnicas experimentais que permitam a manipulação da informação quântica codificada nos átomos e a realização de operações lógicas controladas entre átomos.

5. Computação quântica com óptica linear. A óptica linear, combinada com esquemas de detecção dos fótons, é suficiente para realizar algoritmos de computação quântica. Pesquisas realizadas nesta linha têm proporcionado uma melhor compreensão de aspectos fundamentais da computação quântica. Através dos modelos de computação quântica de via única e do modelo padrão, os grupos LTIQ-UFC, ENLIGHT-UFMG, GOIQ-UFF, GOIQ-UFF, GOM-UFAL e LOQ-UFRJ estudarão a implementação experimental de portas lógicas e algoritmos básicos através de circuitos ópticos interferométricos. Um aspecto a ser abordado, e de grande interesse para os grupos teóricos do INCT-IQ, é o papel da descoerência na computação quântica padrão e no modelo de via única. O INCT-IQ coordenará os esforços experimentais através de visitas científicas e intercâmbio de alunos.

6. Produção e detecção de fótons emaranhados e fótons únicos. Esta pesquisa é focalizada, por um lado, na geração de fótons únicos, além de pares e quartetos de fótons, e por outro lado, na detecção resolvida de um, dois, três ou quatro fótons. As fontes de pares e quartetos de fótons são indispensáveis para estudos de emaranhamento, computação e comunicação quântica, enquanto os fótons únicos são necessários para criptografia segura. Os laboratórios LOQ-UFRJ e ENLIGHT-UFMG têm trabalhado com a técnica de produção e geração de pares de fótons emaranhados há alguns anos e têm publicado resultados nas melhores revistas internacionais. Os laboratórios LTIQ-UFC, GOIQ-UFF e LCQ-PUC têm implementado a detecção de fótons únicos, produzidos através de um laser atenuado. Estes cinco laboratórios, em colaboração com o laboratório do GOM-UFAL, trabalharão na construção de fontes de fótons e detectores de fótons. Ao mesmo tempo, o laboratório LIQA-UFPE trabalhará no desenvolvimento de fontes de fótons únicos com memória e fontes sincronizáveis, que têm um papel indispensável em comunicação quântica e computação quântica com fótons. A coordenação destes esforços experimentais pelo INCT-IQ acelerará a pesquisa fundamental e o desenvolvimento de tecnologia, principalmente na área de criptografia, onde a produção (e detecção) de fótons únicos e pares de fótons é indispensável. 7. Emaranhamento em variáveis contínuas e emaranhamento em sistemas de d(>2) níveisEsta linha de pesquisa será desenvolvida tanto pelo lado experimental, quanto pelo lado teórico, e é um ótimo ponto de convergência, do qual pode-se também tirar proveito através de métodos experimentais complementares. Os laboratórios especializados em feixes intensos correlacionados (GOIQ-UFF,

LMCAL-USP) trabalharão com o emaranhamento de quadraturas de dois modos do campo eletromagnético, enquanto os laboratórios especializados em fótons gêmeos (ENLIGHT-UFMG, LOQ-UFRJ,GOM-UFAL) trabalharão com variáveis contínuas nos graus de liberdade espaciais e espectrais dos pares de fótons e com sistemas de d níveis, com d maior do que 2, construídos também com as variáveis espaciais dos fótons. Os laboratórios contarão com a colaboração de grupos teóricos integrantes do Instituto (GOIQ-UFF, GOIQ-UFRJ, GTDFMC-UNICAMP, GCQIQ-CBPF). Este trabalho envolve tanto aspectos fundamentais quanto aplicações, tais como criptografia com sistemas de d níveis ou alfabetos com dimensão superior a 2.

8. Computação quântica em matéria condensada, baseada em spins e pontos quânticos. “Hardware” quântico composto por dispositivos de estado sólido, particularmente aqueles baseados em Silício, têm atraído grande atenção devido à possibilidade de se beneficiarem da tecnologia de microeletrônica existente. Os grupos GTMC-UFRJ, GOIQ-UFRJ, GICQ-UFU, GIQ-UFABC, GTDFMC-UNICAMP, GIQ-UEPG trabalharão com o objetivo de desenvolver esquemas viáveis de computadores quânticos baseados em matéria condensada. Esta linha de pesquisa reúne pesquisadores da óptica quântica e da matéria condensada, e é considerada mundialmente como o caminho mais promissor para a realização do computador quântico. Devido à importância do tema e à quantidade de grupos dedicados a este objetivo, a coordenação dos esforços de pesquisa pelo INCT-IQ terá um grande impacto positivo. É previsto um encontro temático focalizado neste assunto. O INCT-IQ identifica esta linha de pesquisa como uma área de pesquisa de grande interesse, e reconhece a deficiência da pesquisa experimental nacional nesta linha. O INCT-IQ fomentará esta área através de visitas técnicas ao exterior e intercâmbio de alunos, com o objetivo de incentivar futuro trabalho experimental. Técnicas experimentais nesta linha são candidatas a receber o financiamento do INCT-IQ com os recursos de reserva.

9. Computação quântica com dispositivos supercondutores. O INCT-IQ considera os circuitos supercondutores como candidatos promissores para construção de processadores quânticos. Nesses sistemas, a informação quântica é codificada fisicamente nos qubits de carga e qubits de fluxo. Os grupos GTDFMC-Unicamp, GIQ-UFABC, GIQ-UEPG investigarão estas arquiteturas, com o objetivo de sintetizar dispositivos capazes de implementar operações básicas da computação quântica. Estes grupos considerarão também a possibilidade de acoplar sistemas, tais como pontos quânticos, por linhas de supercondutores. A meta principal é o desenvolvimento de uma arquitetura de computação quântica e a formação de recursos humanos nesta área. O INCT-IQ identifica esta linha de pesquisa como uma área de pesquisa de grande interesse, e reconhece a deficiência de pesquisa experimental nacional nesta linha. O INCT-IQ fomentará esta área através de visitas técnicas ao exterior e intercâmbio de alunos. Técnicas experimentais nesta linha, são também candidatas a receber o financiamento do INCT-IQ com os recursos de reserva. 10. Óptica quântica em semicondutores, incluindo fontes de fótons únicos. Um exemplo de outra aplicação de dispositivos semicondutores na área de Informação Quântica é a geração controlada de pares de fótons emaranhados e fótons únicos. Resultados experimentais recentes levam a crer que esses dispositivos darão origem à próxima geração de fontes de fótons emaranhados e portanto, são importantes para os laboratórios especializados em Informação Quântica com fótons (LTIQ-UFC, ENLIGHT-UFMG, GOIQ-UFF, LOQ-UFRJ, LMCAL-USP e GOM-UFAL). Tendo em vista este interesse, o estudo da geração de fótons com materiais semicondutores é um objetivo do INCT-IQ e conta com a colaboração dos grupos GOIQ-UFRJ, GTMC-UFRJ,GIQ-UFABC. O INCT-IQ incentivará o trabalho experimental nesta área, devido a sua importância para aplicações em ciência básica de ponta.

11. Correlações quânticas em sistemas atômicos de “átomos gêmeos”. O objetivo do trabalho com átomos gêmeos é estudar, teórica e experimentalmente, a produção de dois átomos correlacionados através da fragmentação da molécula de H2 e verificar a sua correlação quântica usando interferometria Stern-Gerlach. Esta experiência, que é análoga à produção de fótons gêmeos, será montada no LACAM-

UFRJ. Uma meta de longo-prazo desta linha de pesquisa é a realização exata do Gedankenexperiment ligado ao paradoxo EPR-Bohm, e a verificação experimental da violação da desigualdade de Bell. Esta técnica experimental abrirá muitas possibilidades de pesquisa para os integrantes do INCT-IQ, fomentando colaboração e intercâmbio. Entre estas, podemos citar estudos de descoerência neste sistema, e comunicação quântica com átomos.

12. Eletrodinâmica quântica em cavidades. Este sistema tem sido utilizado experimentalmente para estudar fundamentos da mecânica quântica e informação quântica. Novos desenvolvimentos na área têm ocorrido graças à construção de micro-cavidades e cavidades de altíssimo fator de qualidade. Sendo uma área de pesquisa central da Informação Quântica, o INCT-IQ coordenará a pesquisa teórica neste campo, a ser realizado principalmente pelos grupos GIQT e GIQ-UEPG. De fato, vários grupos integrantes do Instituto têm trabalhado neste tema, o que possibilita colaborações de grande escala.

13. Emaranhamento e propriedades de estados emaranhados, dinâmica de emaranhamento e descoerência e medidas de emaranhamento. O estudo e uso de emaranhamento é um dos objetivos principais da Informação Quântica. Integrantes do INCT-IQ têm produzido trabalhos importantes nesta área, destacados pela sua publicação em revistas de renome internacional, como Nature, Science e Physical Review Letters. Vários desses trabalhos têm envolvido colaborações estreitas entre grupos teóricos e experimentais. O INCT-IQ fomentará ainda mais esta linha de pesquisa, a ser realizada pelos grupos LOQ-UFRJ, GOIQ-UFRJ, GOIQ-UFF, GIQ-UFABC, ENLIGHT-UFMG, GCQIQ-CBPF e GTDFMC-UNICAMP, com ênfase em experimentos. Sendo uma área de grande abrangência, este será tema de um encontro nacional e contará com amplas possibilidades de intercâmbio e visitas técnicas entre membros do Instituto.

14. Teoria de Informação Quântica:

a. Algoritmos e modelos para computação quântica, teoria de correção de erros. O sucesso do computador quântico depende da possibilidade de se encontrar um modelo de computação, juntamente com uma arquitetura adequada para a implementação do mesmo. Por outro lado, para que seja possível a implementação em larga escala de qualquer modelo de computação quântica, é essencial que existam algoritmos de correção quântica de erros, aplicáveis a tais modelos. Além disto, é também extremamente importante que novo algoritmos para computação quântica sejam adicionados aos poucos algoritmos já existentes. Pesquisadores, trabalhando principalmente nos grupos GOIQ-UFRJ, CC-UNICAMP, GOIQ-UFF, GIQFC-UFF, GIQ-UFABC, sob coordenação do INCT-IQ, abordarão estes problemas de diversas formas diferentes, de acordo com o caráter multidisciplinar da Informação Quântica. Técnicas de Óptica Quântica, Matemática, Computação e Física Estatística serão empregados.

b. Teoria básica de informação quântica: correlações clássicas e quânticas, entropias de informação, tomografia de estado e de processo, informação quântica no espaço de fase. A pergunta: “O que é a correlação quântica?” está atualmente no foco de um debate entre pesquisadores da área. Acreditava-se que o emaranhamento era necessário para o ganho de velocidade do computador quântico. Recentemente, pesquisadores dos Estados Unidos mostraram que estados quânticos separáveis mas com “discórdia quântica” não nula, apresentavam ganhos computacionais em relação à computação clássica. Tal fato deu origem a esforços teóricos para entender o papel do emaranhamento e de correlações quânticas e clássicas em protocolos de Informação Quântica. Devido ao seu caráter fundamental, o INCT-IQ apoiará a pesquisa nesta linha, a ser realizada pelos grupos GOIQ-UFRJ, GIQ-UFABC, CC-UNICAMP, GTDFMC-UNICAMP, GIQ-UEPG. Um outro tema de interesse, tanto fundamental quanto prático, é a tomografia de estado e de processo. Tomografia é a técnica empregada no laboratório para obter informação sobre o estado quântico ou o processo quântico. Os atuais algoritmos de reconstrução de estados quânticos a partir dos dados experimentais deixam a desejar. O grupo CC-UNICAMP, com experiência em métodos matemáticos de otimização e minimização,

trabalhará em colaboração com grupos experimentais (entre eles, o LOQ-UFRJ) do INCT-IQ para desenvolver melhores métodos tomográficos. Este assunto é de intesse geral, pois atualmente a quantidade de processamento clássico na tomografia é o fator limitante em experimentos de muitos qubits.

O detalhamento dos objetivos e metas dentro de cada grupo ou laboratório, pode ser encontrado no Apêndice I.

c) detalhamento das principais linhas de pesquisa a serem desenvolvidas, que devem ser de vanguarda e elevada qualidade, de padrão competitivo internacionalmente na área de conhecimento, ou contemplarem um forte componente de desenvolvimento tecnológico e contribuição para a inovação em área de interesse estratégico para o país;

Linhas de Pesquisa Gerais do Instituto

O INCT-IQ desenvolverá pesquisa de ponta voltada para aspectos fundamentais da Informação Quântica, que terá um impacto favorável no desenvolvimento de tecnologia baseada nas propriedades quânticas da radiação e matéria. Uma grande vantagem desta área multidisciplinar é a unificação de conceitos comuns e intercâmbio de idéias, como, por exemplo, na aplicação de técnicas de óptica quântica na física de matéria condensada para desenhar novas arquiteturas de computação quântica. As linhas de pesquisa gerais do Instituto são aqueles listados acima no item b). O detalhamento das linhas de pesquisa de cada grupo/laboratório, pode ser encontrado no Apêndice II.

d) detalhamento do programa de formação de pessoal qualificado, por meio de cursos depós-graduação, treinamento em ambiente empresarial, cursos de curta e longa duração,treinamento de técnicos especializados, entre outros, que permita ao instituto formarpesquisadores científicos e também pessoal com perfil para as empresas de basetecnológica e inovadora, quando pertinente à sua temática;

A formação de pessoal qualificado será realizada através de:

1. Iniciação científica de bacharéis e formação de mestres e doutores em física.2. Estágios de pós-doutorado possibilitando a capacitação e o aprimoramento das habilidades experimentais e teóricas de recém-doutores.3. Aprimoramento de técnicos em eletrônica, mecânica, óptica e computação, pela participação na montagem de nossos sistemas.4. Realização de escolas e encontros temáticos, com a participação de lideranças científicas internacionais.5. Intercâmbio de estudantes entre grupos nacionais, visando não só ampliar a formação dos estudantes, como facilitar a cooperação entre os grupos do Instituto. 6. Estágio de estudantes, durante seu doutorado, em grupos de ponta no exterior.7. Estágios de pesquisadores membros do Instituto em grupos de ponta no exterior, visando desenvolver no País área até então pouco desenvolvidas, como ótica quântica experimental em semicondutores, fontes de fótons únicos e dispositivos supercondutores.

e) detalhamento das ações de transferência de conhecimento para a sociedade, utilizandooutros instrumentos além da publicação científica, em especial os programas de educaçãoem ciência e difusão de conhecimento;

A Informação Quântica baseia-se em conceitos de Mecânica Quântica, tais como emaranhamento,

superposições coerentes de estados, medida quântica, que são distantes da intuição quotidiana. Por isso mesmo, pode dar uma contribuição importante para a difusão desses conceitos, juntamente com a divulgação de pesquisas recentes que apontam para uma nova revolução tecnológica, envolvendo por exemplo a computação quântica, a transmissão de informação quântica (incluindo a teleportação), a criptografia quântica. De fato, palestras realizadas por membros do Instituto do Milênio de Informação Quântica, seja em reuniões da SBPC, em aulas inaugurais, em apresentações paralelas à realização de escolas, ou em eventos televisionados, têm despertado grande interesse público.

Além da divulgação para a sociedade em geral, percebemos que a divulgação da Informação Quântica para pesquisadores de outras áreas tem um papel multiplicador de grande importância. Este fato decorre da grande interdisciplinaridade desta área e exatamente por isto, busca a participação de vários tipos de pesquisadores em suas investigações. Portanto, propomos os seguintes métodos de transferência de informação para a sociedade:

1. Construção de um website, contendo informações e tutoriais voltados para o público leigo. Os tutoriais abordarão as temas principais de informação, computação e comunicação, mecânica quântica, informação quântica e computação quântica através de textos, gráficos, animações e videos. Este meio de divulgação apresenta a vantagem de estar disponível a uma grande parte da sociedade, e poderia permanecer em funcionamento depois de terminar a vigência do Instituto.

2. Este mesmo website incluirá a “sala de imprensa” do Instituto, onde serão divulgados os principais resultados obtidos pelos integrantes, além de notícias importantes da área.

3. Atividades de divulgação através de palestras públicas e demonstrações científicas. Os organizadores da escola “Quantum Information School and Workshop”, realizado em Paraty, Brasil, em agosto de 2007, implementaram paralelamente eventos de divulgação científica ao longo do período de duração da escola. As atividades de divulgação foram demonstrações de física no local do evento e em escolas públicas da região e uma palestra pública dada pelo Prof. Luiz Davidovich intitulada “O Mundo Quântico”. Devido ao grande sucesso destas atividades, e ao impacto positivo no público da região, o Instituto realizará atividades de divulgação semelhantes, em paralelo às suas escolas de Informação Quântica.

4. Realização de atividades de aproximação com o ensino médio, centradas em noções de física quântica e de informação, através da promoção de visitas de pesquisadores a escolas e de estudantes às instituições, e através da colaboração com Centros de Ciências que venham a ser criados (realização de palestras e de kits experimentais).

f) detalhamento, quando pertinente, das ações para transferência de conhecimento para osetor empresarial ou para a formulação de políticas públicas;

Mesmo neste atual estágio embrionário, pode-se visualizar tecnologia contemporânea baseada em Informação Quântica. Esta tecnologia já entrou em fase de desenvolvimento comercial no exterior, evidenciado principalmente pelo estabelecimento de empresas direcionadas a esta área [DWAVE] e vendas de sistemas de criptografia quântica e geradores quânticos de números aleatórios [IDQUANTIQUE,MAGICQ,SMARTQUANTUM]. O grupo LCQ da PUC-RJ, que faz parte deste projeto, já tem conexões fortes com o setor empresarial, em particular com a Petrobrás, através de suas atividades de transmissão de luz com fibras óticas. Acreditamos que as atividades do Instituto na área de criptografia quântica possam ter um impacto relevante em políticas públicas, tendo em vista o grande interesse que tem sido demonstrado pelo governo federal no desenvolvimento de técnicas seguras de transmissão de dados. Por outro lado, a pesquisa em áreas de fronteira, como aquelas compreendidas pelo

atual projeto, tem uma grande importância estratégica, pois coloca o país em condições de acompanhar desenvolvimentos tecnológicos, nas áreas de computação e informação quântica, que podem vir a ter grande importância na próxima década.

g) descrição detalhada do grupo proponente explicitando a qualificação dos pesquisadores.A equipe de pesquisadores deverá ter no mínimo oito pessoas com grau de doutor, cujosnomes deverão ser relacionados no corpo do projeto, com indicação do coordenador e dovice – coordenador;

COORDENADOR:

Nome: Amir Ordacgi Caldeira (membro permanente)Titulação: PhD (University of Sussex, UK, 1980) Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1ACPF: 347.787.137-53Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 06/10/1950

VICE-COORDENADOR:

Nome: Luiz DavidovichTitulação: DoutorCargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1ACPF: 532487597-04Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 25/06/1946

Lista de Participantes

A equipe é composta por 66 professores pesquisadores. 52 são bolsistas de produtividade do CNPq, sendo que 29 são classificados no nível 1, com 9 pesquisadores do nível 1A, 5 pesquisadores do nível 1B, 7 pesquisadores do nível 1C, 8 pesquisadores do nível 1D e 23 nível 2. Portanto a equipe é altamente qualificada. Alem dos professores, contamos com mais de 100 estudantes de pós-graduação e pós-doutorandos. Apresentamos abaixo a relação de professores pesquisadores, indicando suas respectivas afiliações nível como bolsista do CNPq. Deixamos para o Apêndice III, a relação completa de participantes com todos as informações pertinentes.

Pesquisadores do CNPq nível 1

Coordenador - Amir Ordacgi Caldeira - UNICAMP – 1AVice-coordenadro - Luiz Davidovich - UFRJ – 1AAlfredo Miguel Ozorio de Almeida – CBPF – 1AJean Pierre von der Weid – PUCRJ – 1AMahir Saleh Hussein – USPSP – 1AMaria Carolina Nemes – UFMG – 1ANicim Zagury - UFRJ – 1A Belita Koiller - UFRJ – 1A

Reginaldo Palazzo Júnior – UNICAMP 1ACarlos Henrique Monken – UFMG – 1BMarcus Aloizio Martinez de Aguiar – UNICAMP – 1BNelson Velho de Castro Faria - UFRJ – 1BRaimundo Rocha dos Santos - UFRJ – 1B Tito José Bonagamba – USP SC – 1BKyoko Furuya – UNICAMP – 1CLuis Gustavo Marcassa – USP SC – 1CMauricio Porto Pato – USPSP – 1CMiled Hassan Youssef Moussa – UFSCAR – 1CPaulo Henrique Souto Ribeiro - UFRJ - 1C Salomon S. Mizrahi – UFSCAR – 1CSebastião de Pádua – UFMG – 1CCláudio Lenz Cesar - UFRJ – 1D Ginette Jalbert de Castro Faria - UFRJ – 1D Ivan dos Santos Oliveira Júnior – 1DJosé Antonio Roversi – UNICAMP – 1DJose Wellington Rocha Tabosa – UFPE – 1DPaulo Alberto Nussenzveig – USPSP – 1DRaul Oscar Vallejos – CBPF – 1DSandra Sampaio Vianna – UFPE – 1D

Pesquisadores do CNPq nível 2

Antonio Vidiella Barranco – UNICAMPAntonio Zelaquett Khoury – UFFArnaldo Gammal - USPSPAugusto Miguel Alcalde Milla – UFUCarlile Campos Lavor – UNICAMPCelso Jorge Villas Boas – UFSCARDaniel Felinto Pires Barbosa - UFPEDilson Pereira Caetano – UFALEduardo Ribeiro de Azevedo – USP SCFabricio Toscano – UFRJKaled Dechoum – UFFMarcelo França Santos - UFMGMarcelo Martinelli – USPSPMarcelo Silva Sarandy – UFFMarcos Cesar de Oliveira – UNICAMPNorton Gomes de Almeida – UFSCARQu Fanyao – UFURoberto Menezes Serra – UFABCRoberto Silva Sarthour Júnior - CBPFRuynet Lima de Matos Filho – UFRJStephen Patrick Walborn – UFRJTatiana Gabriela Rappoport – UFRJThereza Cristina de Lacerda Paiva – UFRJ

Professores pesquisadores

Antonio Sergio Magalhães de Castro – UEPGCarlos Renato de Carvalho – UFRJDaniel Jonathan – UFFEduardo Inácio Duzzioni – UFUEduardo J. S. Fonseca - UFALEmerson Jose Veloso de Passos – USPSPErnesto Fagundes Galvão – UFUFernando Luis Semião da Silva - UEPGGiuliano Gadioli La Guardiã – UNICAMPGuilherme Penello Temporão – PUCRJJair Carlos Checon de Freitas - CBPFJosé Geraldo Peixoto de Faria – CEFETMGLiliana Sanz de la Torre – UFUMarcelo de Oliveira Terra Cunha - UFMGRubens Viana Ramos – UFC

h) as especificações das atividades a serem desempenhadas pelos membros da equipe,informando as experiências anteriores dos mesmos em atividades de pesquisa e dedesenvolvimento, bem como a descrição das atividades de trabalho em rede;

As atividades a serem desempenhadas pelos grupos ou laboratórios, dentro da estrutura geral do projeto, estão descritas no item k), assim como as formas de interação são detalhadas nos itens i) e j). O detalhamento das atividades de cada grupo/laboratório, internamente, são descritas no Apêndice IV.

i) mecanismos que serão utilizados para promover a interação entre os grupos de pesquisa participantes do projeto e com outros grupos de pesquisa, inclusive não consolidados (cooperação nacional);

Os mecanismos de interação entre os participantes do INCT-IQ e entre estes e pesquisadores externos são listados abaixo e detalhados em seguida. O conceito que pretendemos implantar é baseado no objetivo de estimular as interações, sem burocratizar as relações internas. Nossa experiência com projetos de cooperação nacionais e internacionais, mostra que o formato dos editais e contratos de concessão aprisiona os participantes e freqüentemente não atinge os objetivos propostos. Além disto, o presente projeto tem um objetivo, que por um lado é muito mais amplo do que simplesmente o fomento de interações e por outro, muito mais específico no que se refere ao tema de pesquisa.

Desta forma, estamos propondo uma estrutura hierarquizada de eventos, que privilegiará as ações que busquem resultados específicos, mas que poderão ter os mais variados formatos. Por exemplo, grupos teóricos ou experimentais podem estar em busca de soluções para problemas específicos, cujas abordagens sejam múltiplas. Este tipo de situação é típico da Informação Quântica, tendo em vista o seu caráter interdisciplinar. Neste caso, uma interação com formato de encontro ou workshop seria o mais adequado. Em outra situação, podemos ter dois ou mais grupos interessados na operacionalização de algum sistema, tal como um protótipo de criptografia quântica. Neste caso, a interação terá o formato de missão de campo e deverá ocorrer dentro de uma programação previamente estabelecida. Não temos nenhuma forma de financiamento no Brasil atualmente, que propicie um financiamento ágil, com a flexibilidade necessária.

A operacionalização desta estrutura é obviamente um grande desafio. Acreditamos que nossa proposta reúna alguns ingredientes que terão um papel decisivo para alcançar o sucesso. Um deles é a robustez e a flexibilidade do financiamento via INCT, para a realização dos eventos e para o financiamento dos equipamentos e infra-estrutura necessários. Outro componente é a existência de um pólo operacional que centralizará os eventos com formato de encontro científico. O CIFMC de Brasília participará do nosso

Instituto, fornecendo uma infra-estrutura adequada e eficiente para mediar as principais formas de interação do INCT-IQ.

A seguir detalhamos cada um dos mecanismos previstos.

1 – Encontros nacionais de informação quântica;

São encontros anuais, nos quais será possível obter uma visão geral dos avanços obtidos pelo Instituto. Esta é a forma mais tradicional e convencional de interação. Embora tenha um impacto restrito do ponto-de-vista do fomento às interações internas, esse tipo de encontro tem muita importância, do ponto de vista do planejamento estratégico do Instituto. Eles possibilitam também a realização de novos contatos de caráter interno.

2 – Encontros temáticos sobre tópicos específicos;

O comitê gestor tomará a iniciativa de promover encontros temáticos, nos quais será feita uma programação estratégica da atuação nas principais linhas de pesquisa. Com esta iniciativa, pretendemos evitar a sobreposição de esforços teóricos e experimentais. Alguns temas previstos são: computação quântica com fótons, comunicação quântica, algoritmos quânticos, teoria do emaranhamento e descoerência e computação quântica com sistemas de estado sólido.

3 – Conferências e workshops apoiados ou estimulados pelo instituto.

Em 2005, tivemos a realização de uma edição do PASI (Panamerican Advanced Studies Institute, financiado em grande parte pela National Science Foundation dos Estados Unidos da América), em Búzios-RJ e em 2007 tivemos uma escola e workshop internacional de informação quântica, realizados em Paraty. Estes eventos obtiveram grande sucesso e foram apoiados pelo Instituto do Milênio de Informação Quântica. Pretendemos apoiar este tipo de evento e fomentar o aparecimento de outros, com o mesmo formato.

4 – Intercâmbio de estudantes de pós-graduação.

O comitê gestor estimulará o intercâmbio de estudantes entre as instituições participantes. Serão financiadas viagens e estadias de estudantes, sobretudo aqueles procedentes de instituições e grupos em fase embrionária de desenvolvimento, com destino a outras onde existam grupos maiores e com atividade sólida, preferencialmente experimental. As visitas terão formatos variados, de acordo com a conveniência de cada caso. Julgamos que esta flexibilidade desempenhará um papel decisivo neste tipo de iniciativa.

5 – Visitas e seminários de professores coordenadores de laboratórios e grupos.

Os grupos e instituições participantes poderão solicitar o financiamento da visita de líderes de outros grupos participantes, para a realização de palestras e cursos.

6 – Visitas de acompanhamento.

Os grupos e laboratórios que receberem financiamento expressivo do INCT-IQ receberão visitas de representantes do comitê gestor, para acompanhar a aplicação dos recursos e os resultados obtidos a partir do emprego destes. As avaliações decorrentes dessas visitas influirão nas liberações posteriores de recursos e na importação de equipamentos.

j) formas de interação com grupos de alta competência no âmbito internacional (cooperação internacional);

O INCT-IQ pretende convidar pesquisadores estrangeiros para alguns dos eventos previstos. Além disto, recursos serão disponibilizados para que os grupos e laboratórios participantes convidem pesquisadores estrangeiros de renome, para estadias curtas.

A critério do Comitê Gestor, pesquisadores estrangeiros serão convidados a ministrar cursos em áreas cujo desenvolvimento é desejável mas que ainda são inexistentes ou embrionárias no país, como ótica quântica em semicondutores, geradores de fótons únicos e dispositivos supercondutores, e eventualmente para nuclear o aparecimento de um novo laboratório.

k) definição das tarefas específicas de cada entidade participante, enfatizando os pontos deintegração;

Os objetivos temáticos, apresentados no item b) acima, contam com a participação e colaboração dos grupos integrantes do INCT-IQ. As tarefas de cada entidade participante refletem as atividades necessárias para realização dos objetivos temáticos. Os pontos de integração são enfatizados especificamente no item b).

Laboratório de Informação Quântica com Sistemas Atômicos – UFPE

Realização de experimentos de memória quântica, e fontes de fótons sincronizáveis.

Grupo de Óptica e Materiais – UFAL

Desenvolvimento de fontes de fótons emaranhados de dimensão alta, realização de experimentos de imagens quânticas; Implementação de protocolos de Informação Quântica com fótons.

Laboratório de Tecnologia da Informação Quântica – UFC

Construção e estudo de um sistema de criptografia quântica; desenvolvimento de detectores de fótons; Realização de protocolos de criptografia em fibras ópticas. Enlight – UFMG

Realização de experimentos e estudos com fótons: estudo de anisotropia em fontes de fótons e seus efeitos em emaranhamento espacial e de polarização, produção de fótons sinalizados, produção e estudo de polarização de quarta ordem, produção e estudo de emaranhamento de alta ordem usando variáveis espaciais dos fótons e realização de protocolos de informação quântica. Estudos teóricos de emaranhamento e descoerência, visando futuros experimentos.

Grupo de Informação e Computação Quântica – UFU

Investigação de aspectos físicos relacionados à implementação de sistemas de processamento quântico de informação baseados em pontos quânticos semicondutores; Elaboração de protocolos de correção de erros

usando condensados de Bose-Einstein em redes ópticas e Formulação de portas lógicas de fase de um e dois qubits em condensados de Bose-Einstein.

Laboratório de Óptica Quântica – UFRJ

Realização de estudos de descoerência e emaranhamento; desenvolvimento de detectores sensíveis ao número de fótons; implementação de protocolos de criptografia e comunicação quântica em fibra óptica e espaço livre, implementação de computação quântica com fótons.

Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares – UFRJ

Geração de átomos gêmeos; utilização de átomos gêmeos em estudos relacionados à Informação Quântica. Laboratório de Átomos Frios do Rio de Janeiro – UFRJ

Estudos experimentais de qubits codificados nos graus de liberdade de átomos frios; estudos de portas lógicas de um e dois qubits.

Grupo de Óptica Quântica e Informação Quântica – UFRJ

Estudos de descoerência em estados de múltiplos qubits; desenvolvimento detalhado de uma arquitetura de computação quântica com impurezas implantadas em cavidades de cristal fotônico de Silício; identificação de medidas que quantifiquem o emaranhamento de subgrupos específicos de um dado sistema quântico de muitas componentes; investigação detalhada da propagação das correlações quânticas nos modos espaciais transversais de fótons gêmeos gerados na conversão paramétrica descendente (CPD).

Grupo de Matéria Condensada Teórica – UFRJ

Desenvolvimento de dispositivos de computação quântica em matéria condensada; estudos de emaranhamento em sistemas macroscópicos.

Grupo de Óptica e Informação Quântica – UFF

Implementação de protocolos de criptografia; estudos de transferência de propriedades espaciais em osciladores paramétricas ópticos; estudos de fundamentos da Informação Quântica e Computação Quântica; desenvolvimento de protocolos de criptografia baseados nos osciladores paramétricas ópticos.

Grupo de Informação Quântica e Fenômenos Críticos – UFF

Estudos do impacto da descoerência em computação quântica adiabática; desenvolvimento de teorias de computação quântica baseadas na teoria de invariantes; estudos de emaranhamento e fenômenos críticos quânticos em sistemas de matéria condensada; estudos de descoerência na computação quântica.

Grupo de Caos Quântico e Informação Quântica – CBPF

Construção das teorias semi-clássicas e aplicação à busca de estados emaranhados cuja descoerência seja lenta; análise do problema de relaxação ao equilíbrio de sistemas bipartidos puros genéricos.

Grupo Processamento da Informação Quântica por Ressonância Magnética Nuclear – CBPF/USP-SC/UFES

Implementação de algoritmos quânticos e simulações quânticas utilizando a ressonância magnética nuclear; estudos do emaranhamento em cadeias de spins; estudo de arquiteturas e materiais para Computação Quântica.

Laboratório de Comunicações Quânticas – PUC-Rio

Realização de experimentos de comunicação quântica em fibras ópticas; implementação de criptografia quântica com fibras ópticas.

Grupo de Informação Quântica – UFABC

Estudos de computação quântica via evolução contínua; investigação de processamento de informação quântica em dispositivo de estado sólido; busca de medidas alternativas para emaranhamento multipartite sob descoerência.

Ciência de Computação – Unicamp

Desenvolvimento de novos métodos matemáticos de estimação de estado e processo a partir de tomografia quântica.

Grupo de Óptica Quântica – Unicamp

Investigação teórica de eletrodinâmica quântica de cavidades e íons aprisionados com aplicações em informação quântica; estudo das implicações da perda de coerência; desenvolvimento de protocolos de comunicação quântica com estados coerentes (variáveis contínuas).

Grupo de Teoria –DFMC – Unicamp

Estudos de emaranhamento e Informação Quântica em variáveis contínuas; busca de sistemas físicos para o processamento quântico de informação e desenvolvimento de arquiteturas.

Grupo Teoria da Codificação Quântica – Unicamp

Sistematização da descrição de estados puros de máximo emaranhamento tendo como base a teoria da codificação clássica; análise, construção e estudos de códigos quânticos topológicos.

Laboratório de Interações Atômicas – USP-SC

Realização do aprisionamento de átomos de Rydberg; construção de sistemas envolvendo aprisionamento em armadilhas ópticas; realização de foto-associação da molécula de KRb e detecção das moléculas por foto-associação; estudo do efeito Stark nos potenciais entre átomos de Rydberg através do estudo de colisões atômicas.

Grupo de Informação Quântica Teórica – UFSCAR/USP-SC/UCG

Estudos teóricos de processamento e manipulação de Informação Quântica em sistemas de eletrodinâmica quântica em cavidades.

Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz – USP

Realização de experimentos de comunicação quântica, ampliação de imagens quânticas e emaranhamento multipartite em variáveis contínuas usando osciladores paramétricos ópticos OPO; estudo de processos coerentes em átomos frios, visando a geração de estados não-clássicos, com longos tempos de vida (memórias quânticas); produção de uma rede ótica unidimensional para preparação e caracterização de estados não-clássicos atômicos;

Grupo de Teoria – USP

Investigação da física de Condensados de Bose-Einstein (BEC), e caos Quântico; investigação de confinamento de BEC de átomos neutros no espaço livre usando a reflexão quântica; investigação do espectro de Bogoliubov de condensados visando melhor entender a transição ordem-caos.

Grupo de Informação Quântica - UEPG

Estudos da Mecânica Quântica enfatizando aspectos geométricos e algébricos do espaço de Hilbert; estudo das propriedades dinâmicas de sistemas em eletrodinâmica quântica de cavidades, campos bosônicos acoplados (incluindo óptica linear), íons aprisionados e qubits supercondutores.

l) análise comparativa entre a situação atual e a pretendida, demonstrando, de formainequívoca, o benefício a ser proporcionado pelo projeto;

A área de Informação Quântica no Brasil fez grandes progressos nos últimos oito anos, desde a primeira edição dos Institutos do Milênio, com o Instituto do Milênio de Informação Quântica. O ponto de partida foi praticamente o zero. Alguns grupos de pesquisa realizavam investigações em diferentes áreas e começavam a tangenciar esta área. Atualmente, temos quase uma dezena de laboratórios consolidados, vários deles com atuação exclusiva em Informação Quântica e obtendo destaque no cenário internacional. Dezenas de grupos de pesquisadores teóricos atuam intensamente na área, sendo que vários grupos novos foram criados a partir das iniciativas deste Instituto e vêm obtendo excelentes resultados. Portanto, podemos dizer que o Brasil está no mapa mundial de Informação Quântica e tem potencial para ocupar uma posição ainda melhor, caso prossigam os investimentos nessa área.

Através do programa Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia, podemos evoluir para uma nova fase em que a busca de objetivos mais concretos e aplicados são adequadamente associados à investigação fundamental, de forma coordenada e coerente. Os recursos previstos neste edital são suficientes para manter e atualizar os laboratórios consolidados e ainda criar novos laboratórios. Será criado um novo laboratório de memórias e repetidores quânticos na UFPE em Recife; um novo laboratório de criptografia quântica com fibras ópticas na UFC em Fortaleza; dois novos laboratórios de fótons gêmeos na UFAL em Maceió; um novo laboratório de osciladores paramétricos ópticos na UFF de Volta Redonda no Estado do Rio de Janeiro; um novo laboratório de átomos e moléculas frias para computação quântica no campus da USP em São Carlos no Estado de São Paulo; um laboratório cuja técnica experimental e a sede ainda serão definidos dentro do próprio Instituto, de modo a desenvolver no país uma nova área experimental, aproveitando a possibilidade de postergar a alocação de parte dos recursos dada pelo presente edital; e a inclusão no Instituto de um laboratório consolidado na área de criptografia quântica, da PUC do Rio de Janeiro. Portanto, teremos uma forte evolução do ponto de vista da pesquisa experimental.

Do ponto de vista das atividades dos pesquisadores teóricos, teremos a inclusão de novos grupos de pesquisadores jovens, de instituições como a UFABC de Santo André-SP, UFU de Uberlândia-MG, UFPG, Ponta Grossa, PR, e UFF, campus de Niterói e de Volta Redonda - RJ. Além disso, teremos a

adesão de pesquisadores experientes da UFRJ, na área de sistemas de estado sólido para a computação quântica, além das áreas já integradas ao programa do Instituto. Desta forma, vislumbramos um panorama em que uma boa parte destes subgrupos de investigação teórica trabalhe em consonância com uma das técnicas experimentais disponíveis no Instituto e de forma concatenada com outros grupos teóricos que trabalhem dentro do mesmo tema. Outra parte do esforço teórico será destinada ao estudo de sistemas físicos para os quais ainda não dispomos de investigação experimental, o que poderá fomentar o aparecimento de novos laboratórios e novas linhas de pesquisa. Finalmente, uma parte dos pesquisadores trabalhará com a teoria dos fundamentos e algoritmos quânticos. A operacionalização dessa estrutura somente será viável através dos recursos solicitados neste projeto para o financiamento de viagens e material de informática.

Com o projeto Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Informação Quântica, teremos uma atuação forte e consistente, teórica e experimental, contribuindo para o desenvolvimento de novas tecnologias de transmissão e processamento da informação.

m) orçamento justificado e adequado à proposta. O orçamento deve prever despesas decusteio, de capital e de bolsas de acordo com os itens destacados no Formulário dePropostas. A proposta deve indicar quanto e como pelo menos 70% dos recursos(excluídos os valores das bolsas) serão compartilhados entre os grupos e laboratóriosassociados, reservando-se o valor complementar para destinação segundo decisõesposteriores do comitê gestor do instituto.

Orçamento geral do projeto

O projeto está orçado em R$ 9.000.000,00. Destes, R$ 5.600.000, ou seja, a maior parte dos recursos, destina-se à parte experimental, incluindo R$ 4.000.000,00 para a compra de equipamentos para os laboratórios associados, R$ 700.000,00 para instalação e ampliação de laboratórios, e R$ 900.000,00 reservados para investimento futuro, que incluirá a instalação de uma nova linha de investigação experimental, a ser elegida pelos participantes do Instituto sob a coordenação do Comitê Gestor, entre os temas apontados acima como prioritários. Esta nova linha experimental deverá estar entre as mais promissoras para o desenvolvimento da computação quântica e ainda não ter atividade no Brasil. Os novos equipamentos servirão para completar e renovar técnicas já existentes em alguns laboratórios, incluir novas facilidades experimentais em laboratórios que já estão em operação e deflagrar a montagem e operação de novos laboratórios fora dos grandes centros. Além de dar acesso à investigação experimental de novos processos físicos, úteis ao desenvolvimento de sistemas de computação e comunicação quântica, os novos laboratórios terão um grande impacto em suas instituições locais.

Estão previstos R$ 700.000,00 para a realização de trabalhos de instalação de três laboratórios do Instituto de Física da UFRJ, em novas dependências, garantidas pela direção do instituto (ver carta do diretor no anexo). Estes trabalhos incluem a montagem de um sistema elétrico de alta qualidade, com aterramento, sistemas de comunicação com telefone e rede de computadores, sistemas hidráulicos que incluem o fornecimento de gases, refrigeração e controle de umidade, além dos serviços de transporte de equipamentos pesados tais como as mesas ópticas. Este investimento aproveitará a contra-partida da instituição, que fornecerá o espaço físico e permitirá que as atividades já desenvolvidas atualmente sejam exercidas com maior eficiência e que possam ser expandidas, de acordo com as propostas dos laboratórios constantes neste projeto. Os laboratórios da UFRJ contribuem com uma parcela significativa da atividade experimental do instituto e têm grande potencial de expansão. Esta expansão vem sendo atualmente impedida pela falta de espaço físico.

Estamos prevendo R$ 2.000.000,00 para despesas com passagens e diárias, incluindo o financiamento dos eventos científicos previstos. Estes recursos serão utilizados por cerca de 60 pesquisadores participantes, estudantes de pós graduação e visitantes brasileiros e estrangeiros. Para uma real atuação em rede de pesquisa, a proposta do presente Instituto é de fomentar a máxima interação entre os participantes, e forte interação com grupos e pesquisadores de ponta no cenário mundial. Isto irá requerer um considerável investimento em viagens. Além do investimento consistente, implementaremos mecanismos que garantirão o foco das atividades de intercâmbio. Estes mecanismos são descritos abaixo.

Para investimentos em equipamentos de computação, estamos prevendo R$1.000.000,00. Este investimento é relativamente baixo, se levamos em conta o número de participantes. Entretanto, sabemos que muitos participantes têm acesso a recursos de informática através de outras fontes de financiamento. Mesmo assim, implementaremos, também para os gastos de informática, um mecanismo para estimular a focalização nas atividades diretamente ligadas ao projeto.

O número de participantes e a complexidade administrativa de um Instituto como este , requer o auxílio de uma estrutura administrativa. Através da FUNCAMP, contrataremos duas pessoas para as funções de secretariado geral e contabilidade, o que inclui a intermediação da importação dos equipamentos do Instituto. Prevemos também a contratação de serviços eventuais, tais como empresas de apoio para a organização dos eventos, montagem e manutenção de um sitio na Internet, entre outros. O valor de R$400.000,00 está um pouco abaixo do valor de referência de 5% constante no edital. Abaixo apresentamos o quadro geral do orçamento e em seguida detalhamos todo os itens com suas respectivas justificativas.

Resumo Geral:

Item Valor em US$ Valor em R$(CAPITAL)

Desp. Acess.(CUSTEIO)

Total em R$

Equipamentos 1.406.871,00 3.483.910,00 522.585,00 4.006.495,00Investimento 460.000,00 782.000,00 118.000,00 900.000,00Instalação 0,00 350.000,00 343.505,00 693.505,00Passagens e diárias 0,00 0,00 2.000.000,00 2.000.000,00Computação 0,00 1.000.000,00 0,00 1.000.000,00Administração 0,00 0,00 400.000,00 400.000,00TOTAL 1.866.871,00 5.615.910,00 3.384.090,00 9.000.000,00

Mecanismos para a utilização dos recursos destinados às viagens e informática.

Cada pesquisador participante terá direito a um máximo de R$10.000,00 para despesas com viagens nacionais e internacionais durante o primeiro ano do projeto. Estes recursos somente poderão ser utilizados para visitas entre grupos participantes do INCT-IQ, participação em eventos nacionais ou internacionais que possuam pelo menos uma sessão de informação quântica, financiamento de visitantes que tenham atuação relevante em informação quântica, mediante aprovação do comitê gestor.

Ao final de um ano de projeto, a alocação dos recursos será zerada e um novo valor máximo por participante será estabelecido e contado a partir do inicio do segundo ano. O objetivo deste mecanismo é fomentar o imediato inicio das interações.

Para os recursos de informática, cada participante terá direito a um valor máximo de R$10.000,00 para o primeiro ano do projeto. Entretanto, para dar inicio à utilização dos recursos, o participante deverá apresentar pelo menos uma publicação em um periódico que receba rotineiramente trabalhos de informação quântica ou tenha uma sessão de informação quântica, publicado no ano imediatamente anterior, a contar do inicio do projeto.

Ao final de um ano de projeto, a alocação dos recursos será zerada e um novo valor máximo por participante será estabelecido e contado a partir do inicio do segundo ano. O objetivo deste mecanismo é fomentar o imediato inicio da aplicação dos recursos e conseqüente atuação no tema de pesquisa.

Quadro de orçamento dos equipamentos para os laboratórios associados.(Taxa de conversão = R$ 1,70 e despesas de importação de 15%)



Total em R$

UFRJ 1 125.000,00 212.500,00 31.875,00 244.375,00UFRJ 2 114.000,00 193.800,00 29.070,00 222.870,00UFRJ 3 91.300.00 155.210,00 23.282,00 178.492,00UFMG 384,000.00 561.51000 98.100,00 752.100,00USP SP 150.000,00 255.000,00 38.250,00 293.250,00UFF 194.000,00 329.800,00 49.470,00 379.270,00UFC 95.000,00 161.500,00 24.225,00 185.725,00PUC RJ 241.000,00 409.700,00 61.455,00 471.155,00UFPE 258.800,00 439.980,00 65.997,00 505.977,00USP SC 141.000,00 239.700,00 35.955,00 275.655,00UFAL 1 166,470.00 282.999,00 42.450,00 3254.49,00UFAL 2 88.071,00 149.721,00 22.456,00 172.177,00TOTAIS 1.406.871,00 3.483.910,00 522.585,00 4.006.495,00

Justificativa geral:

Cerca de R$1.400.000,00 serão investidos em laboratórios que trabalham com estados de fótons emaranhados. Dois deles já existentes e consolidados e dois novos laboratórios. Nas duas últimas edições do Instituto do Milênio de Informação Quântica, esta técnica contribuiu de forma decisiva para o sucesso do Instituto, projetando suas atividades em escala internacional. Portanto, o investimento nos laboratórios existentes é plenamente justificado pelos resultados obtidos até o momento. Os novos laboratórios serão instalados em Maceió-AL e terão um forte impacto regional, em uma região com atividade incipiente.

Outra técnica que tem dado ótimos resultados é a dos osciladores paramétricos ópticos, que permitem o estudo de aplicações de informação quântica com variáveis contínuas. Nosso orçamento prevê o investimento de cerca de R$700.000,00 para a manutenção dos laboratórios existentes e para contribuir com a montagem de um novo laboratório na UFF de Volta Redonda no Estado do Rio. Novamente, faz-se presente o caráter de apoio aos centros em desenvolvimento.

Cerca de R$1.300.000,00 serão investidos em laboratórios que trabalham com sistemas atômicos, sendo que três deles já estão consolidados e dois novos laboratórios serão criados. Um deles em Recife-PE e o outro em São Carlos-SP. Os sistemas atômicos têm um importante papel no campo das memórias quânticas e têm sido investigados para o emprego em repetidores quânticos. Este investimento, além do caráter aplicado à informação quântica, tem também um grande apelo do ponto de vista fundamental.

Os cerca de de R$600.000,00 restantes, serão investidos diretamente em criptografia quântica com fibras ópticas, com a participação de um laboratório consolidado da PUC-RJ e um laboratório em fase de implantação na UFC de Fortaleza-CE, ambos de departamentos de engenharia. Além da criptografia com fibras ópticas, os grupos de fótons gêmeos também trabalharão com criptografia pelo ar livre e testes de novos graus de liberdade do fóton para a criptografia. Neste instituto teremos pela primeira vez no Brasil um esforço concentrado na direção da criação de uma rede de comunicação segura, baseada em criptografia quântica, a exemplo do que já vem sendo feito em países como os Estados Unidos, Áustria, Alemanha e a Suíça. Portanto, este investimento tem um caráter estratégico para o ramo das telecomunicações.

Os orçamentos e justificativas detalhadas para cada laboratório podem ser encontrados no Apêndice V.

n) explicitação, quando for o caso, do potencial de geração de patentes, protótipos eprodutos tecnológicos, dos mecanismos previstos para a transferência da tecnologia desenvolvida e do apoio institucional existente para esta atividade;

Apesar do fato de que as atividades deste Instituto têm principalmente um caráter fundamental, constatamos a existência de um potencial de geração de patentes e/ou produtos tecnológicos, principalmente ligados a sistemas de comunicação quântica e ao desenvolvimento de novos detectores de fótons. A seguir apresentamos maiores detalhes sobre este potencial, para cada um dos laboratórios.


Potencial de geração de patentes - UFAL

O desenvolvimento de uma nova fonte de estados emaranhados pode gerar uma patente.

Realização do experimento de teletransporte quântico explorando os graus de liberdade transversais dos fótons gêmeos. Este tema é alvo de muito interesse para o desenvolvimento de protocolos quânticos ao ar livre tendo um grande potencial para gerar uma patente;

Realização experimental de um método capaz de explorar a redução do comprimento de onda nas três dimensões aplicado à litografia quântica. Este tema já tem gerado algumas patentes e, até o momento, em nenhuma delas foi explorado a redução do comprimento de onda também na direção de propagação, ou seja, uma litografia quântica em 3D. Portanto, existe uma grande chance dessa idéia vir a ser patenteada.

Potencial de produção tecnológica - UFAL

A implementação de protocolos de comunicação quântica usando estados emaranhados multidimensionais pode gerar novas tecnologias.


Potencial de geração de patentes – LATIQ – UFC

Estamos trabalhando em novos detectores de fótons operando na faixa de microondas que poderá originar uma patente.

Potencial de produção tecnológica – LATIQ – UFC

Os sistemas de distribuição quântica de chaves serão implementados visando uma direta compatibilidade com a rede óptica atualmente existente na cidade de Fortaleza, levando em consideração aspectos físicos e lógicos (camadas OSI da ISO) podendo vir a ser comercializado. Além disso, os detectores de fótons produzidos poderão ser facilmente adaptados a outras janelas ópticas, possibilitando a utilização dos mesmos em outras áreas como, por exemplo, metrologia.


Potencial de geração de patentes – Laboratório de Óptica Quântica – UFRJ

1 - Estamos trabalhando em um sistema de distribuição quântica de chaves para a criptografia com os graus de liberdade transversais do fóton, que poderá originar uma patente.

2 – Pretendemos desenvolver um detector com resolução do número de fótons que poderá gerar uma patente.

Potencial de produção tecnológica – Laboratório de Óptica Quântica – UFRJ

1 - O sistema de distribuição quântica de chaves poderá ser montado de forma compacta e integrada, de maneira ser comercializada.

2 – O desenvolvimento de detector com resolução do número de fótons também poderá levar a um produto tecnológico.


Potencial de geração de patentes – Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares – UFRJ

Acreditamos que a Computação Quântica irá se realizar na prática numa região de interface entre a Óptica Quântica e a Física de Estado Sólido envolvendo Pontos Quânticos. A manipulação das características físicas desse tipo de sistema, visando possíveis aplicações em Computação Quântica, já foi abordada por membros de nosso grupo. Propostas nesse sentido poderão dar origem a patentes.

Laboratório de Átomos Frios do Rio de Janeiro – UFRJ

Potencial de produção tecnológica – Laboratório de Átomos Frios - UFRJ

Não há previsão no futuro próximo. No entanto, tanto a armadilha compacta, quanto um laser simples para OH, dado seu interesse em ciências atmosféricas, podem ser eventualmente transferidos para a indústria.


Potencial de geração de patentes – Grupo de Óptica e Informação Quântica – UFF

Estamos trabalhando em um sistema de distribuição quântica de chaves para a criptografia com polarização e momento angular orbital do fóton, que poderá originar uma patente.

Potencial de produção tecnológica – Grupo de Óptica e Informação Quântica – UFF

O sistema de distribuição quântica de chaves poderá ser montado de forma compacta e integrada, de maneira ser comercializada.


Potencial de geração de patentes – Laboratório de Comunicações Quânticas – PUC-Rio

Eventuais patentes podem surgir durante os experimentos com criptografia quântica, mas o maior potencial de geração de patentes está relacionado à habilidade de manipulação do emaranhamento quântico. Uma vez que nosso grupo disponha de equipamentos e tenha desenvolvido técnicas de geração e detecção de emaranhamento, as possibilidades de aplicação em comunicações e metrologia são inúmeras.

Potencial de produção tecnológica – Laboratório de Comunicações Quânticas – PUC-Rio

Uma vez que um protótipo do sistema de criptografia quântica usando pares de fótons emaranhados em polarização seja desenvolvido, algumas melhorias podem ser implementadas para que ele seja comercializado.

Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz – IF/USP

Potencial de geração de patentes – Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz - IF/USP

O desenvolvimento de ferramentas de criptografia quântica pode gerar patentes para o desenvolvimento de canais seguros de comunicação

Potencial de produção tecnológica – Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz - IF/USP

As patentes desenvolvidas poderão ser repassadas a órgãos interessados em desenvolver e comercializar o projeto inicial.

o) relação dos projetos financiados nos últimos 5 anos (vigentes ou encerrados) envolvendoos componentes da equipe, incluindo títulos, valores, vigência e agências financiadoras,indicando de que forma se relacionam com a presente solicitação;

Devido ao grande número de participantes e da intensa atividade científica de todos eles, temos uma longa lista de projetos financiados nos últimos anos, com destaque para as duas últimas edições do Instituto do Milênio, de vários PRONEX e grandes projetos financiados pelas agências estaduais, como os temáticos da FAPESP e Editais como o PENSA-RIO da FAPERJ. A lista completa pode ser vista no Apêndice VI.

q) compromissos de eventuais contrapartidas institucionais ou de outras fontes para aexecução do programa do proposto, como novas construções ou adequações deinstalações, novas contratações de pessoal técnico, científico ou administrativo a ser postoà disposição programa, possibilidade de absorção de pesquisadores formados peloprograma, apoio para administração e gestão, e isenção ou cobertura parcial das despesasoperacionais ou administrativas indicadas no item 1.8.4.2 do edital;

- Equipamentos e infra-estrutura para pesquisa experimental em sete dos doze laboratórios: UFRJ1, UFRJ2, UFRJ3, UFMG, USP SP, UFF(Niterói) e PUC RJ;

- Infra-estrutura básica e espaço físico para a instalação de cinco laboratórios: UFF(Volta Redonda), UFC, UFAL1, UFAL2 e USP SC;- Espaço físico para a ampliação e melhoria das instalações dos três laboratórios da UFRJ;- Equipamento de informática já existente com vários grupos teóricos;- Recursos de outros projetos, listados na seção ``o´´ e recursos do tipo taxa de bancada do CNPq e programa cientista e jovem cientista do nosso estado(FAPERJ).

A lista completa de equipamentos e facilidades colocadas à disposição da execução deste projeto, pode vista no Apêndice VII.

r) cronograma detalhado das atividades para os dois anos iniciais, e resumido para os trêsanos subseqüentes, inclusive dos grupos e laboratórios associados;

Cronograma Geral do Instituto INCT-IQ

O Instituto promoverá a interação e colaboração através de encontros nacionais anuais, escolas bi-anuais, e encontros temáticos.

Ano 1 – Realização de uma escola/workshop direcionada aos alunos de pós-graduação e graduação com participação de professores e pesquisadores estrangeiros, primeira reunião técnica geral do Instituto, realização de reuniões temáticas propostas pelos membros do equipe e gerenciadas pelo comitê gestor.

Ano 2 – Segunda reunião técnica geral do Instituto, realização de reuniões temáticas propostas por membros do equipe e gerenciadas pelo comitê gestor. Apresentação de relatórios técnicos dos grupos e laboratórios e reunião de avaliação do comitê gestor. Visitas dos membros do comitê gestor aos laboratórios.

Anos 3, 4 e 5 – Reuniões técnica gerais do Instituto a cada 12 meses, realização de reuniões temáticas propostas pelos membros do equipe e gerenciadas pelo comitê gestor. Realização da segunda e terceira escola/workshop de informação quântica. Segunda reunião de avaliação do comitê gestor.

O cronograma de atividades específicas de cada grupo/laboratório pode ser encontrado no Apêndice VIII.

s) indicação do comitê gestor que administrará o Instituto

O comitê gestor do instituto consistirá do coordenador e vice-coordenador do projeto, uma coordenação responsável por aspectos administrativos do projeto, e um conselho científico.

Comitê gestor:

Administração central e coordenação geral do INCT-IQ – Prof. Amir O. Caldeira(UNICAMP)Vice-coordenador geral do INCT-IQ – Prof. Luiz Davidovich(UFRJ)

Sub-coordenações regionais – Prof. Marcelo O. Terra Cunha (Estado de Minas Gerais), Prof. Ruynet L. De Matos Filho(Estado do Rio de Janeiro), Prof. Paulo Nussenzveig (Estado de São Paulo), José W. Tabosa (Região nordeste – Pernambuco, Ceará e Alagoas)

Sub-coordenação científica – Prof. Amir O. Caldeira(UNICAMP), Prof. Luiz Davidovich(UFRJ) e Prof. Belita Koiller(UFRJ)

Sub-coordenação de importação de equipamentos – Prof. Paulo Henrique Souto Ribeiro(UFRJ)

Sub-coordenação de relatórios e projetos – Prof. Stephen Patrick Walborn (UFRJ)

Sub-coordenação de divulgação – Prof. Marcos César de Oliveira(UNICAMP)

Sub-coordenação de Eventos – Prof. Marcelo P. França Santos(UFMG)

Lista de responsáveis pelos grupos e laboratórios participantes:

Grupo Responsável Instituição do responsável

Laboratório de Informação Quântica com Sistemas Atômicos

Daniel Felinto UFPE

Grupo de Óptica e Materiais Eduardo Jorge da Silva Fonseca

UFAL

Laboratório de Tecnologia da Informação Quântica Rubens Viana Ramos UFCEnlight Carlos H. Monken UFMGGrupo de Informação e Computação Quântica Eduardo Inácio Duzzioni UFULaboratório de Óptica Quântica Paulo H. Souto Ribeiro UFRJLaboratório de Colisões Atômicas e Moleculares Nelson Velho de Castro Faria UFRJLaboratório de Átomos Frios do Rio de Janeiro Cláudio Lenz Cesar UFRJGrupo de Óptica Quantica e Informação Quântica Ruynet L. Matos Filho UFRJGrupo de Matéria Condensada Teórica Belita Koiller UFRJGrupo de Óptica e Informação Quântica Antônio Zelaquett Khoury UFF; UFF-VRGrupo de Informação Quântica e Fenômenos Críticos

Marcelo Sarandy UFF

Grupo de Caos Quântico e Informação Quântica Alfredo Miguel Ozorio de Almeida

CBPF

Grupo Processamento da Informação Quântica por Ressonância Magnética Nuclear

Ivan dos Santos Oliveira Jr. CBPF

Laboratório de Comunicações Quânticas Jean Pierre von der Weid PUC-RioGrupo de Informação Quântica Roberto M. Serra UFABCCiência de Computação Carlile Campos Lavor UnicampGrupo de Óptica Quântica José Antonio Roversi UnicampGrupo de Teoria -DFMC Amir Ordacgi Caldeira UnicampGrupo Teoria da Codificação Quântica - Unicamp Reginaldo Palazzo Júnior Unicamp

Laboratório de Interações Atômicas Luis Gustavo Marcassa USP/São Carlos

Grupo de Informação Quântica Teórica Salomon Sylvain Mizrahi UFSCAR;USP/São Carlos; UCG

Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz

Paulo A. Nusssenzveig USP

Grupo de Teoria Mahir Saleh Hussein USPGrupo de Informação Quântica Fernando Luis Semião da

SilvaUEPG

t) estrutura organizacional e funcional do Instituto

O comitê gestor será responsável tanto pela coordenação científica, quanto pela administração geral do Instituto. A coordenadoria central, a cargo do coordenador do projeto, delegará tarefas às sub-coordenações, que se encarregarão de tomar iniciativas e encaminhar soluções de problemas. Devido à participação de grupos de pesquisa de vários Estados, foram criadas sub-coordenações regionais. Estas sub-coordenações terão a função de coletar informações dos participantes de suas respectivas regiões e propor ações que contemplem os aspectos específicos de cada região, mantendo permanente contato com a coordenação geral e com as outras sub-coordenações. A coordenação científica será responsável pelas decisões que envolvam avaliação de conteúdo. Os mecanismos de concessão de recursos dentro do Instituto dependem da validade científica dos diversos objetos de financiamento, tendo em vista o tema central do Instituto. Por exemplo, somente serão financiadas as participações em eventos de Informação Quântica. Outra atividade de avaliação científica serão as visitas de acompanhamento aos laboratórios.

Uma grande preocupação na execução de qualquer projeto científico no Brasil, que envolva atividade experimental, é a realização das importações. Esta questão vem sendo reconhecida pelas autoridades brasileiras, que percebem o seu forte caráter estratégico. Houve avanços nesta área, mas ainda há muitos pontos que precisam ser melhorados. Cientes da importância deste quesito para o sucesso de todo o Instituto, criamos uma sub-coordenação para atuar exclusivamente, no sentido de agilizar os processos de importação de equipamentos.

Uma sub-coordenação de projeto e de relatórios terá a incumbência de coletar e organizar as informações sobre os avanços nas diversas frentes de atuação do Instituto. A manutenção e atualização destes dados permitirá ainda que o comitê gestor tome decisões que influam no rumo das atividades de pesquisa.

Teremos também uma sub-coordenação de divulgação, que se incumbirá de propagar informações sobre os aspectos básicos das diversas linhas de pesquisa, utilizando os vários recursos de mídia, notadamente a Internet. Ela também atuará de forma a propagar internamente, no âmbito do Instituto, as informações sobre os avanços obtidos em cada sub-grupo de investigação. Esta será mais uma entre as diversas ferramentas de integração introduzidas no formato deste Instituto.

A sub-coordenação de eventos terá o papel de organizar e fomentar a realização de encontros científicos. Trabalhando em conjunto com a sub-coordenação científica, proporá e organizará visitas científicas, encontros temáticos, encontros nacionais e eventos internacionais.

Desta forma, através desta estrutura com sub-coordenações, o comitê gestor poderá atuar de forma ágil e eficaz, no que diz respeito às ações administrativas e à orientação das atividades científicas. Do ponto de vista das atividades de pesquisa propriamente ditas, o Instituto atuará para que os laboratórios entrem em operação o mais rápido possível. Serão identificados os grupos teóricos com potencial de atuação junto aos laboratórios. Esta interação será fomentada pelo comitê gestor, através de encontros temáticos e visitas. Serão também identificadas linhas de atuação teórica em que a atividade experimental dentro do Instituto seja inexistente ou incipiente. Neste caso, serão propostas interações com grupos estrangeiros. Todo o esforço científico se pautará pelos objetivos do Instituto, detalhados no item b).

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Apêndice I – Detalhamento dos Objetivos e Metas


Nosso trabalho utilizará armadilhas atômicas e células de vapor aquecidas para gerar fótons únicos a partir de estados coletivos armazenados em vapores atômicos. Esses estados coletivos serão gerados de forma determinística (no caso dos átomos de Rydberg) ou pelo menos sinalizada, quando a deteção de um primeiro fóton anuncia sem ambiguidades o armazenamento do estado. Esta sinalização, juntamente com a memória do sistema, é que permite a sincronização de várias fontes independentes, com a consequente geração simultânea de vários fótons individuais. Tanto no sistema sinalizado quanto no sistema baseado em átomos de Rydberg, o mapeamento do estado atômico coletivo em um fóton único é feito utilizando o efeito de Transparência Eletromagneticamente Induzida EIT (do inglês Electromagnetically Induced Transparency).

Como os fótons individuais podem armazenar bits quânticos em seus estados de polarização, nosso sistema experimental permitirá a implementação de diversos protocolos de informação quântica. No desenvolvimento de tal sistema, os principais objetivos e metas são os seguintes:

- Desenvolvimento de uma fonte de fótons individuais sincronizável. Metas associadas:1.1 Geração contínua de pares de fótons emaranhados a partir de um vapor atômico à temperatura ambiente.1.2 Armazenamento de estados quânticos de um fóton em vapores atômicos à temperatura ambiente e em átomos frios armadilhados: controle e optimização.1.3 Sincronização de fontes independentes de fótons individuais a partir de estados de um fóton armazenados: implementação de protocolos simples de comunicação e computação quânticas.

- Desenvolvimento de novas memórias quânticas para fótons individuais. Metas associadas:2.1 Otimizar o armazenamento de grades de coerência em armadilhas magneto-ópticas e células de vapor.2.2 Desenvolver novos esquemas de leitura da informação armadilhada.2.3 Armazenar e manipular estados de momento angular orbital.

- Desenvolvimento de uma fonte determinística de fótons individuais com ensembles de átomos de Rydberg. Metas associadas:3.1 Controle do processo de interação entre átomos de Rydberg em armadilhas magneto-ópticas e células de vapor aquecidas.3.2 Estudo das propriedades estatísticas da luz emitida por ensembles de átomos de Rydberg interagentes.3.3 Implementação de leitura dos estados de Rydberg coletivos utilizando EIT. 3.4 Caracterização da dependência angular e do perfil espacial da luz gerada através de processos não lineares.

- Aplicação da fonte de fótons individuais em criptografia.


Estudar a condicionalidade dos padrões de interferência utilizando luz pseudotérmica; Estabelecer quantitativamente o grau de correlação entre os vetores de onda dos fótons gerados por

fontes clássicas; Investigar os efeitos de coerência e tamanho da fonte na formação de imagens utilizando como fonte

de radiação a luz pseudotérmica em nível de contagens de fótons; Mostrar experimentalmente a redução do comprimento de onda nas três dimensões e possíveis

aplicações à litografia quântica; Desenvolver uma teoria multimodal para o protocolo de teleportação quântica e emaranhamento de

troca no espaço dos momentos para sistemas de fendas duplas, de fendas múltiplas e de pixels; Realizar experimentalmente os protocolos de teleportação quântica e emaranhamento de troca no

espaço dos momentos para sistemas de fendas duplas, de fendas múltiplas e de pixels de uma câmera CCD;

Montar e caracterizar uma nova fonte de estados emaranhados multidimensionais. Implementar circuitos ópticos que realizem operações lógicas em estados emaranhados

multidimensionais, explorando o acoplamento entre os graus de liberdade de polarização e MAO. Demonstrar protocolos de comunicação quântica usando estados emaranhados multidimensionais

baseados na posição de origem de pares de fótons gêmeos.

Ao longo da execução deste projeto, temos como metas:

1 – Desenvolver uma nova técnica de geração de estados emaranhados multidimensionais com aplicações em informação quântica. 2 – Publicar os nossos resultados em revistas de circulação internacional e com alto fator de impacto.3 – Divulgar os nossos resultados em conferências internacionais importamtes.4 – Treinar estudantes de iniciação científica, mestrado e doutorado em modernas técnicas experimentais implementadas em um laboratório de óptica.5 – Fortalecer as atividades experimentais no país em um tema de relevância para a área de informação quântica.


No Laboratório de Tecnologia da Informação Quântica do DETI/UFC, trabalharemos com a fabricação de detectores de fótons com fotodiodos de avalanche e com a realização experimental de protocolos de distribuição quântica de chaves na janela de comunicações ópticas de 1550 nm.

Os objetivos do presente projeto e as metas relacionadas são:

1. Geração de tecnologia da informação quântica através da construção de detectores de fótons e da implementação protocolos de comunicação quântica em redes ópticas.

Metas relacionadas:

1.1. Realização de três experimentos de distribuição quântica de chaves (polarização, modulação de fase e deslocamento diferencial de fase).

Esta meta inclui:

I. Fabricação de dois novos detectores de fótons para a janela de 1550 nm.

II. Preparação e caracterização de uma fonte de fótons isolados usando luz coerente fortemente atenuada.

III. Montagem dos sistemas ópticos para realização de distribuição quântica de chaves.IV. Análise de desempenho (taxa de erro, velocidade de transmissão, facilidade de

implementação) do protótipo construído.

2. Geração de recursos humanos qualificados através da orientação e defesa de trabalhos de iniciação científica, mestrado e doutorado.

Metas relacionadas:

2.1 - Tese de doutorado: 22.2 - Dissertação de mestrado: 32.3 - Iniciação científica: 32.2 - Artigos em periódicos indexados: pelo menos 42.3 - Artigos em congressos científicos: pelo menos 4

3. Transferência de resultados para o setor de telecomunicações

Meta relacionada:

3.1 - Implementar pelo menos um dos protocolos realizados em laboratório em um trecho da rede óptica instalada na cidade de Fortaleza.

ENLIGHT – UFMG

Este projeto de pesquisa dá seqüência a um programa de estudos de propriedades e aplicações de estados emaranhados que vem sendo desenvolvido ao longo dos últimos doze anos no laboratório de óptica quântica da UFMG e ao longo dos últimos três anos pelos grupos de teoria. De modo geral, este projeto tem como objetivo um melhor entendimento do conceito de emaranhamento e de suas aplicações práticas em comunicação e processamento de informação quântica. Para tanto, pretende-se estender a análise teórica de desemaranhamento para sistemas quânticos mais complexos, sobretudo aqueles realizáveis no Laboratório de Óptica Quântica, assim como ampliar e aperfeiçoar o domínio sobre os conceitos e técnicas experimentais relativos ao emaranhamento em estados multi-fotônicos. Além disso, está também contemplada a formação de pessoal especializado na área de informação quântica.

Como principais metas, destacam-se as seguintes:

1 – Estudo dos efeitos de anisotropia dos cristais não-lineares utilizados na geração dos estados, e suas conseqüências para: (a) o emaranhamento nos diversos graus de liberdade e as leis de conservação de momentum, momento angular e paridade, (b) o emaranhamento entre os graus de liberdade espaciais e a freqüência, (c) geração de estados com emaranhamento múltiplo, etc. Nesta fase, as investigações concentram-se no estudo avançado e aplicações das propriedades de correlação espacial (transversal e longitudinal) dos estados de dois fótons. A maioria dos trabalhos dedicados ao estudo de propriedades de correlação e de emaranhamento em variáveis espaciais de estados de dois fótons assume a aproximação de cristal fino. Na conversão paramétrica descendente, que ocorre em cristais sem centro de simetria, o casamento de fases é em geral obtido por meio da compensação da dispersão pela birrefringência. A menos de casos especiais, como o quase-casamento de fases ou o casamento de fases não-crítico, ou que o cristal seja muito fino, os efeitos da anisotropia óptica se fazem sentir nas propriedades de correlação espacial e nas propriedades espectrais dos fótons convertidos. Nos trabalhos dedicados à simples demonstração de efeitos não-locais, transferência de imagens, provas de

princípio, etc, a aproximação de cristal fino é suficientemente acurada. Entretanto, se se deseja utilizar a conversão paramétrica descendente para o que se chama de engenharia de estados quânticos, ou para a codificação de informação nos vários níveis de momento angular orbital, pode ser necessário um tratamento mais preciso do estado de dois fótons. Recentemente, foi desenvolvida por Costa Moura e Monken [COSTA MOURA08] uma teoria detalhada para as amplitudes de probabilidade de detecção em coincidências dos estados de dois fótons gerados por conversão paramétrica descendente. Com essa teoria, é possível determinar com precisão os efeitos da birrefringência, do comprimento do cristal e do grau de focalização do feixe bombeador sobre as correlações espaciais e o emaranhamento em posição e momento nos estados de dois fótons. Além disso, a anisotropia do meio induz uma correlação não-trivial entre freqüência e ângulos de saída dos fótons convertidos com casamento de fases do tipo II, que permite aplicar novas técnicas para o modelamento espectral de pulsos de um e de dois fótons.

A investigação experimental dos aspectos descritos acima compreenderá os seguintes tópicos:

I – Estudo da conservação e do emaranhamento em momento angular orbital em estados de dois e de quatro fótons, indo além da aproximação de cristal fino e da aproximação monocromática. Estudo da influência do perfil espectral dos estados de dois fótons na conservação e no emaranhamento do momento angular orbital dos fótons gêmeos.

II – Estudo da influência da largura espectral na anisotropia de emaranhamento em momentum transversal do estado de dois fótons [FEDOROV07].

III – Aplicação dos resultados obtidos nos itens I e II para a produção de estados de dois e de quatro fótons com emaranhamento em momento angular orbital e freqüência. Serão utilizados cristais comuns e os que operam em quase-casamento de fases (PPKTP), bombeados por lasers contínuo e pulsado.

IV – Produção de pacotes de onda anunciados (heralded) de um e de dois fótons com perfil espectral sintetizado a partir das variáveis espaciais transversais do(s) fóton(s) conjugado(s). Serão utilizados cristais comuns e os que operam em quase-casamento de fases (PPKTP), bombeados por lasers contínuo e pulsado.

2 - Estudo das propriedades da polarização da luz em ordens mais altas, isto é, dos padrões nas correlações de polarização de quarta ordem, também conhecidos como "polarização oculta" dos feixes de dois fótons. Esta fase envolve também o estudo de aplicações da polarização de quarta ordem em comunicação através de canais com ruído, na tomografia de processos envolvendo transformações bilaterais, na distribuição segura de chaves criptográficas, etc. Estados emaranhados de dois fótons têm propriedades de polarização que podem não se manifestar em campos clássicos. Por exemplo, um feixe de luz totalmente despolarizado em segunda ordem pode apresentar um alto grau de polarização de quarta ordem. A polarização de segunda ordem é a polarização tradicional, que pode ser inferida das correlações de segunda ordem do campo eletromagnético. Já a polarização de quarta ordem está ligada às correlações de quarta ordem das flutuações do campo. Em 2004 foi produzido em nosso laboratório um feixe de dois fótons com polarização no estado singleto [NOGUEIRA04]. Este fato possibilitou a codificação de quatro estados ortogonais de polarização em um único feixe monocromático. Nesta parte do projeto, pretendemos estudar com detalhes a aplicação de feixes de dois e de quatro fótons em transmissão e processamento de informação quântica, bem como a dependência entre o seu grau de polarização de quarta ordem e o seu grau de focalização. A caracterização dos feixes será feita por medidas de tomografia de polarização. Dividiremos o trabalho nos seguintes tópicos:

I – Medir o grau de polarização de quarta ordem de feixes de dois, três e quatro fótons em função de vários parâmetros, como o grau de focalização, o comprimento da região de interação no cristal não-linear

gerador de conversão paramétrica, a birrefringência e o ângulo de corte do cristal (utilizando diferentes tipos de cristal), etc.

II – Produção e aplicação de feixes de dois, três e quatro fótons emaranhados em polarização na transmissão de informação quântica em canais com ruído. Devido à indistinguibilidade dos fótons gêmeos emaranhados em um feixe monocromático, uma classe de erro em canais de comunicação pode ser evitada se a informação for corretamente codificada no conjunto de fótons. Por exemplo, é sabido que o estado singleto é imune a transformações unitárias que afetam igualmente as duas partículas, enquanto os estados do tripleto permanecem no mesmo subespaço. Uma tomografia no canal de comunicação permite, em princípio, determinar qual é a base ideal para a codificação de informação.

3 - Dois qudits espaciais emaranhados. Informação quântica com um par de fótons (Laser contínuo)

Estamos interessados no estudo de fundamentos de informação quântica e na implementação de comunicação quântica com fótons emaranhados produzidos pela conversão paramétrica espontânea. Recentemente demonstramos experimentalmente a geração de pares de qudits emaranhados com dimensão d = 4 e d =8, e a sua propagação no espaço livre, sendo viável a sua extensão para dimensões maiores [NEVES04,NEVES05,NEVES06]. Além da vantagem de um número menor de portadores nestes estados quânticos para se enviar uma informação, quando se aumenta a dimensão do estado, se mostrou teoricamente que qudits são mais seguros em protocolos de criptografia quântica [PASQUINUCCI00]. Outro vantagem da geração de qudits espaciais é que eles podem se enviados por fibras óticas. Essa possibilidade foi sugerida por nós [NEVES05] e demonstrada logo após o nosso trabalho pelo Grupo do Prof. Boyd da Universidade de Rochester [HALE05]. Isso abre grandes possibilidades do uso de estado de qudits [MOREVA06] em estudos de informação quântica e aplicações em comunicação quântica. A razão principal é que os estados espaciais não possuem problemas de depolarização nas fibras como os estados emaranhados em polarização e a facilidade da análise destes estados quando enviados em interferômetros montados com fibras. Um número enorme de possibilidades se abre com a implementação do acoplamento deste estados com fibras óticas. Mais especificamente nos dedicaremos ao controle da produção de dois qudits espaciais fotônicos, extendendo as possibilidades de geração novos estados com a introdução de mecanismos para variação da fase nestes estados, o estudo da perda do emaranhamento destes estados ao ser transmitido por canais ruidosos e a caracterização de diferentes estados de qudits espaciais através do desenvolvimento da técnica de tomografia quântica para esse caso especifíco, a medida do seu grau de emaranhamento, e o seu uso para demonstração de um protocolo de envio de chaves quântica com qudits espaciais. Implementaremos também o uso de moduladores óticos espaciais programáveis. Avanços teóricos e metodológicos têm permitido o uso de moduladores espaciais para controle de fase ou amplitude apenas [LIU85]. Com ele poderemos criar, por exemplo, operadores de Hadamard, que geram estados de superposição entre os estados da base lógica espacial.

Os objetivos são:

I) Utilizar moduladores óticos espaciais para a geração de estados de dois qudits espaciais genéricos onde a fase possa ser variada. Geração de estados hiperemaranhados envolvendo estados fotônicos com momento angular, através do uso do modulador espacial programável. Demonstração de portas lógicas para qubits espaciais com caminhos transversais usando os moduladores espaciais e/ou fibras óticas.

II) Gerar estados de dois qudits emaranhados (por exemplo dimensão d = 5) e acopla-los em fibras óticas. Estudar a preservação do emaranhamento destes estados ao propagar-se por fibras extensas. Desejamos verificar as possíveis variações de fases introduzidas pelas fibras. Estudo da variação do emaranhamento do estado de dois qudits ao se acoplar a um reservatório. Desejamos estudar o que acontece com o emaranhamento quando um ou mais caminhos transversais são “contaminados”.

III) Quantificar o emaranhamento [NEVES07] destes estados via experimento de violação de desigualdade de Bell. Implementar uma montagem experimental com interferômetros baseado em fibras para testes de Bell com estados de dois qudits espaciais. O modulador espacial poderá ser utilizado para a introdução de fases diferentes nos estados de qudits ou para introdução de fases no interferômetro de fibras usado para medir em bases de caminhos transversais diferentes.

IV) Montar um interferômetro com fibras visando a determinação da matriz densidade que descreve os estados puros e mistos de qudits espaciais via experimentos de tomografia quântica. Inicialmente geraremos estados mistos de qudits espaciais com um grau variável de emaranhamento. Determinaremos as matrizes densidades destes estados usando a técnica de tomografia quântica. Estes estados serão caracterizados através de medidas de emaranhamento, obtida da matriz densidade medida. Geração de estados mistos de dois qubits espaciais e a sua caracterização via tomografia quântica, foi demonstrado recentemente pelo nosso Grupo [LIMA08a, LIMA08b].

V) Medida de testemunha de emaranhamento para dois qudits espaciais com graus de emaranhamentos diferentes. Desenvolveremos a técnica para essa medida. Novamente, necessitamos detectar os fótons projetando os seus estados em caminhos de superposição com fases específicas. Isso será feito com o uso de interferômetros de fibras óticas e com o uso do modulador espacial.

VI) Demonstração de um protocolo de distribuição de chaves quânticas com qudits espaciais emaranhados em caminhos transversais.

4 - Quatro qudits espaciais. Informação quântica com dois pares de fótons (Laser pulsado)

Estudos para a geração de fótons correlacionados através da conversão paramétrica descendente com pulsos curtos se iniciaram em meados da década de 90. Nesses experimentos, pulsos com duração temporal de 200 fs provenientes de um laser mode-locked de titânio-safira, com frequência dobrada são utilizados para bombear um cristal de BBO para a geração de pares de fótons correlacionados através da conversão paramétrica descendente. A utilidade desta fonte de luz para a realização de experimentos de informação quântica reside na sua alta potência de pico (tipicamente 20 kW). Com esta potência é possível gerar não somente cópias correlacionadas, mas também mais de dois fótons correlacionados. Dois pares são gerados simultaneamente de dois fótons do feixe de bombeamento ao passar pelo cristal. Isso abre um campo vasto de pesquisa para o nosso laboratório, já que pouco se conhece sobre as propriedades de coerência transversal de estados emaranhados com muitos fótons. Queremos explorar as propriedades quânticas transversais para gerar estados especiais emaranhados de quatro fótons e caracteriza-los. Para isso necessitamos desenvolver uma teoria multimodo para a conversão paramétrica de 4 fótons. Esse ano, em colaboração com o Grupo de Roma, aplicamos uma teoria multimodo em frequência na geração de 4 fótons para explicar a dependência da visibilidade do interferômetro de Hong-Ou-Mandel com a potência do feixe de bombeamento [COSME08]. Extendemos essa teoria para efeitos transversais e demonstramos a transferência do espectro angular do feixe de bombeamento para os estados de quatro fótons, e em imagens [COSME08b]. Esses primeiros trabalhos nos dão a certeza das possibilidade de estudo do emaranhamento entre estados de quatros fótons nas variáveis espaciais. Os objetivos são: I) Realizar experimento para geração de quatro qudits espacias, empregando para isso laser pulsado e sistema de detecção de quatro fótons. Devido ao pequeno número de fótons, usaremos o modulador espacial para gerar os 4 qudits espaciais emaranhados após serem gerados pelos cristal iluminado. Com o modulador podemos também adicionar fase aumentando as possibilidades de estados a serem gerados e gerar estados com momento angular orbital. Desenvolveremos uma metodologia para medir o emaranhamento destes estados.

II) Demonstração da clonagem de fótons em estados espaciais. Estudaremos a clonagem de qubits e qudits produzidos ao passarem por fendas multiplas ou refletidos pelo modulador espacial, e incididos no cristal iluminado pelo feixe de ultra-violeta pulsado. Mediremos a fidelidade da clonagem. Novamente, estudaremos a possibilidade de clonagem de estados com momento angular orbital.III) Demonstração de troca de de emaranhamento e teletransporte nas variáveis para estados de fendas.

IV) Demonstrado a geração de qudits espaciais, caminharemos para a demonstração dos chamados estados hiperemaranhados fundamentais para a geração dos estados clusters, recurso importante na chamada computação quântica de um caminho. Neste ponto será importante o desenvolvimento da técnica para implementação de portas lógicas de um e dois qubits espaciais. Novamente, usaremos fibras óticas e o modulador espacial.V) Medida da absorção de dois fótons emaranhados por moléculas de corante. Usaremos o sistema pulsado que permite a geração de um número maior de pares e a sintonização do comprimento de onda. Aplicações em litografia com fótons emaranhados.


Nossos objetivos são divididos segundo os tópicos de pesquisa que pretendemos abordar: Computação quântica em nanoestruturas semicondutoras, computação quântica usando condensados de Bose-Einstein e fases geométricas.

1. Computação Quântica em Nanoestruturas Semicondutoras

1.1. Explorar teoricamente diversos aspectos físicos relacionados à implementação de sistemas de processamento quântico de informação baseados em pontos quânticos semicondutores;

1.2. Identificar processos físicos que permitam a manipulação de qubits individuais e controle da interação entre qubits. Interações com campos externos de controle e interação spin-órbita (contribuições de Rashba e Dresselhaus) serão consideradas, para que junto com a engenharia de interações seja possível gerar estados de superposição estáticos e dependentes do tempo imunes aos efeitos do reservatório;

1.3. Estudar a dinâmica coerente e dissipativa dos sistemas de qubits individuais e interagentes;

1.4. Avaliar os efeitos da decoerência sobre portas quânticas e estudar a possibilidade de implementar portas de fase geométricas em pontos quânticos;

1.5. Discutir a fidelidade das diversas propostas. Em geral, focaremos nossos estudos nos seguintes assuntos: i) Estados excitônicos em pontos quânticos; ii) spins em pontos quânticos [13]; iii) qubits baseados em estados de spin eletrônicos em pontos quânticos imersos em uma microcavidade.

2. Computação Quântica em Condensados de Bose Einstein

2.1. Estudar a geração de estados robustos a certos processos de decoerência e elaborar protocolos de correção de erros usando condensados de Bose-Einstein em redes ópticas;

2.2. Formular portas lógicas de fase de um e dois qubits em condensados de Bose-Einstein.

2.3. Formulação de portas lógicas geométricas em condensados.

3. Fases Geométricas

3.1. Investigar o surgimento de fases geométricas em pontos quânticos e em CBE, além de propostas para medir tais fases. Inicialmente serão consideradas apenas evoluções unitárias e posteriormente levaremos em conta os efeitos do meio ambiente sobre o sistema quântico.


No Laboratório de Óptica Quântica da UFRJ, trabalharemos com a técnica de produção e detecção de fótons únicos, pares e quartetos de fótons emaranhados.

1 – Produção e detecção de quartetos de fótons emaranhados para computação quântica de via única e estudo dos efeitos da descoerência na computação quântica.O laboratório acaba de colocar em funcionamento um sistema de laser pulsado, com pulsos ultra-curtos e potência suficiente para a geração de quartetos de fótons na conversão paramétrica descendente espontânea. Com este sistema esperamos produzir quartetos de fótons emaranhados em polarização e até oito qubits hiperemaranhados em polarização e momento linear. Com isto, pretendemos implementar algorítimos de computação quântica usando o método de computação de via única e estudar os efeitos da interação destes qubits com o ambiente.

2 – Emaranhamento em variáveis contínuas para tarefas de computação e comunicação quântica.Pretendemos continuar produzindo fótons gêmeos através de bombeamento com laser contínuo, como fazemos há vários anos. Sabemos que os pares de fótons já nascem com emaranhamento no momento transversal e pretendemos testar novos métodos para a detecção e quantificação deste tipo de emaranhamento. Pretendemos também estudar efeitos de descoerência para este tipo de estado emaranhado, tendo em vista a possibilidade de realização de tarefas de computação e comunicação quântica.

3 – Detectores com resolução do número de fótons.Tendo como referência, recentes evoluções técnicas, pretendemos desenvolver um detector que tenha sensibilidade suficiente para detectar um único fóton e ao mesmo tempo, seja capaz de nos informar o número de fótons detectados, caso o feixe de luz contenha mais de um fóton. Até o presente, os detectores sensíveis a um fóton não conseguem distinguir entre a detecção de um ou dois fótons, por exemplo.

4 – Detecção homodina gatilhada.A detecção homodina é uma importante ferramenta para o estudo das propriedades quânticas da luz. Ela pode ser associada ao sinal de um detector sensível a fótons únicos e com isto, selecionar partes do sinal eletrônico oriundo de um detector homodino. Isto é equivalente a se fazer a uma detecção homodina condicionada à preparação de um certo estado quântico do sistema em análise e permite a observação de fenômenos de óptica quântica sem análogo clássico. Pretendemos colocar esta técnica em operação em nosso laboratório e com isto preparar estados emaranhados para sistemas de variáveis contínuas, que até o momento ainda não foram explorados para aplicações em informação e comunicação quântica.


A curto prazo, pretendemos desenvolver propostas que permitam implementar algoritmos básicos de computação, ou seja, o processamento da informação contida no estado do campo. A médio e longo prazo a nossa intenção é mais audaciosa. Acreditamos que a Computação Quântica irá se realizar na prática numa região de interface entre a Óptica Quântica e a Física de Estado Sólido envolvendo Pontos

Quânticos. A manipulação das características físicas desse tipo de sistema, visando possíveis aplicações em Computação Quântica, já foi abordada por membros de nosso grupo.O objetivo do trabalho experimental com átomos gêmeos é estudar teórica e experimentalmente, a partir da fragmentação de uma molécula de hidrogênio, a produção de dois átomos “gêmeos”. A experiência já está em andamento no Laboratoire Aimé Cotton, na França e será montada no LaCAM, que já possui parcela importante dos equipamentos necessários. A experiência consiste num cruzamento de feixes de H 2

frios (jato supersônicocom elétrons ou prótons, levando a fragmentação do H2. Posteriormente, o emaranhamento dos átomos gêmeos será verificado por interferometria Stern-Gerlach.


No Laboratório de Átomos frios da UFRJ implementaremos uma armadilha para moléculas magnéticas e dipolares para uso em Computação Quântica. Para realizar a armadilha listamos a seguir as metas a serem buscadas, e uma discussão de cada uma que sublinha a metodologia a ser utilizada.

1 – Implementação da armadilha de Li.Já temos uma célula experimental e o laser para estudar o aprisionamento do Lítio. O estudo dos processos de carga e termalização do Lítio vão permitir conhecer os detalhes de funcionamento dessa armadilha baseada em nossa proposta [Lambo07].

2 – Construção do laser e sistema ótico para OH. OH tem transição eletrônica (X2P->A2S+) acessível em 282 nm e tem fluorescências em ~309 nm, o que permite detecção livre de background por Laser Induced Fluorescence (LIF). O laser para 282 nm pode ser buscado segundo algumas rotas: dobramento de laser de corante em 564 nm (tipicamente usado nas pesquisas com Hg+ pelo grupo de J. Bergquist), triplicamento (dobramento em KNbO3 seguido por sum-frequency) de laser de diodo em 846 nm (para cuja freqüência existe Tapered Amplifier de 500 mW da mesma empresa de que estamos montando um laser de alta potência em 972 nm), ou triplicamento à partir de Ti:safira (já disponível no laboratório). A decisão do sistema exato a ser usado fica para ser definido a posteriori pois o avanço nos lasers de diodo tem sido rápida e novos avanços afetarão a decisão, mas daremos preferência ao sistema baseado em Diodo por razões de portabilidade do sistema, o que irá permitir um possível deslocamento do sistema para o laboratório do Prof. Marcassa em São Carlos, se seu laser da rede ótica não puder ser transportado pro Rio. 3 – Construção de célula, técnica de geração de OH e espectroscopia de OH livre. A deposição de gelo d’agua seguido por ablação a laser será a rota que seguiremos dada a simplicidade do sistema. Para isso, é necessário no processo de construção da amostra, se colocar vapor d’água e somente uma superfície fria onde o vapor d’àgua vai congelar formando gelo. Por nossa experiência com ablação de LiH sólido, por exemplo, do qual se obtém Li, H, e LiH, alem das espécies ionizadas (dependendo do regime de ablação e geometria do laser de ablação com relação à pluma e tempo do pulso), acreditamos não ser problema obter boas quantidades de OH por este método.

4 – Construção de Matriz de Isolamento de Neônio com OH e espectroscopia de OH liberado da MatrizUma vez crescida a matriz de Neônio com impurezas de OH, a liberação dessa matriz a baixas temperaturas deve produzir um feixe criogênico dessa moléculas (a exemplo do que fizemos com Cromo) e com uma fração aprisionável em armadilha magnética. O estudo da distribuição de velocidades é feito por espectroscopia a laser e esta informação decide a próxima rota. Pretende-se realizar a matriz diretamente em criostato de fluxo contínuo, tornando assim o sistema “table-top” e simples de operar (sem o envolvimento de hélio liquido e linhas de recuperação).

5 – Construção da Armadilha de OH.

Baseados nos resultados da Meta 4, é possível definir se uma armadilha puramente magnética é bastante ou se usamos uma armadilha magneto-elétrica[Sawyer07]. A vantagem das moléculas polares é que é possível usar um chaveamento elétrico para “pará-las”. De alguma forma, conforme conversas com J. Doyle na ICAP’2008, o sistema com alguma pressão de vapor de Neônio, ou Neônio depositado na superfície, permite a aplicação de altas tensões sem gerar arcos (ruptura do dielétrico), em oposição a sistemas com um pouco de Helio, onde descargas elétricas são facílimas. Assim, o aprisionamento das moléculas, com o auxílio de alto campos elétricos chaveados, deve ser mais fácil que com átomos (onde campos elétricos não tem quase efeito em baixos números quânticos). Uma vez aprisionadas as moléculas, faremos estudos de termalização e relaxação das moléculas na armadilha para preparar a próxima etapa.

6 – Avaliação do Armazenamento de OH, resfriamento evaporativo e carregamento de rede ótica de FORT.Baseados nos resultados da Meta 5, será possível definir a viabilidade da implementação de resfriamento por evaporação e posterior carregamento de armadilha tipo FORT (Far off Resonance Trap) para produzir a armadilha de interesse para manipulações quânticas. Essa avaliação levará também em conta a vantagem ou não de carregar um “atom-chip”. Essa etapa conclui a instrumentação básica que definirá a viabilidade dessa rota para se fazer computação quântica com essas moléculas. Dada a atual falta de aluno de pós no IF-UFRJ, o carregamento do FORT se dará em São Carlos, no laboratório do Prof. Marcassa (a não ser que haja uma reversão desse quadro, por exemplo com a vinda prevista desse pos-doc do grupo de E. Hessels para trabalhar exclusivamente nesse projeto). Com o carregamento do FORT pode-se desenvolver as primeiras operações de emaranhamento (seguindo as linhas da ref[Solano01]) e se demonstrar o endereçamento individual das moléculas (que a princípio é mais fácil que com átomos), e se obter medidas de descoerência no sistema.

Grupo de Óptica Quantia e Informação Quântica – UFRJ

1 – Desenvolvimento detalhado de uma arquitetura de computação quântica com impurezas implantadas em cavidades de cristal fotônico de Silício.

2 –Identificação de medidas que quantifiquem o emaranhamento de subgrupos específicos de um dado sistema quântico de muitas componentes, possivelmente uma mistura estatística de estados quânticos, e que possa ser comprovada experimentalmente.

3 – Tentar derivar uma equação geral de movimento para o emaranhamento de um dado estado quântico, no caso de uma dinâmica hamiltoniana arbitrária, e possivelmente generalizar para conter o acoplamento incoerente com o ambiente.

4 – Descobrir que propriedade física do estado emaranhado de um sistema de variáveis contínuas (como por exemplo ``squeezing’’ em alguma quadratura) poderiam estar associadas ao fato do emaranhamento poder ser detectado com critérios de segundo momento ou não.

5- Investigar detalhadamente a propagação das correlações quânticas nos modos espaciais transversais de fótons gêmeos gerados na conversão paramétrica descendente (CPD).

6- Apresentar propostas que permitam o estudo experimental, com fótons gêmeos, da ação de diversos tipos de ambientes sobre certas classes de estados emaranhados. Com esse mesmo sistema experimental, pretendemos, também, realizar a geração e detecção de estados com emaranhamento ligado (“bound entanglement”).

7- Analisar a robustes dos chamadaos estados “cluster” diante da ação deletéria de diversos tipos de ambientes (reservatórios).


Focalizaremos nos seguintes objetivos principais:

1 – Para o computador quântico baseado em doadores rasos em Si, dadas as dificuldades identificadas na implementação das portas lógicas propostas originalmente por Kane [KANE98], buscamos alternativas em que as operações sejam baseadas em manipulação ótica dos q-bits, em esquema semelhante a processos já demonstrados em armadilhas de íons e outros sistemas atômicos. Este trabalho encontra-se em andamento, em colaboração com o grupo teórico de ótica da UFRJ.

2 – Investigaremos a viabilidade de utilização de spins de elétrons ligados a pontos quânticos definidos por eletrodos na interface de Si com uma barreira (tipicamente de óxido de silício). Um parâmetro importante para a definição robusta de q-bits é que o estado fundamental orbital no ponto quântico seja não-degenerado. Isto requer que a degenerescência dupla dos estados de superfície seja quebrada devido à presença da interface. Cálculos destes parâmetros serão realizados.

3 – Ainda visando superar as dificuldades identificadas na implementação das portas lógicas propostas originalmente por de Kane [KANE98], serão avaliados modelos para processamento da inormação em computação quântica alternativos à proposta da Ref. [BARENCO95], baseada apenas em operações controladas de 1 e 2 q-bits. Analisaremos a viabilidade de implementação destes esquemas alternativos a arquiteturas baseadas em spins eletrônicos em semicondutores.

4 – Investigar possibilidade de maior controle de emaranhamento, através de inomogeneidades e dopagem em uma série de sistemas físicos. Utilizaremos diferentes medidas de emaranhamento de duas e mais partes[ANFOSSI2005] assim como testemunhas de emaranhamento que são capazes de detectar emaranhamento preso (bound entanglement)[TOTH2007]. Com isso, poderemos caracterizar as diferentes regiões no espaço de parâmetros das Hamiltonianas que possuem emaranhamento livre e preso assim como bipartite e multipartite. As classes de Hamiltonianas a serem estudadas se dividem em dois grupos:

a) Sistemas de spin localizados

Sistemas de spin localizados, que tem como exemplo a Hamiltoniana de Heisenberg, serão estudados utilizando técnicas de diagonalização exata e Lanczos. Algumas das caracterizações de emaranhamento poderão ser comparadas com medidas experimentais de testemunhas de emaranhamento em sistemas de spin de baixa dimensionalidade como oxiboratos contendo metais de transição e magnetos moleculares.

b) Sistemas itinerantes

Além de modelos com spins localizados, o estudo de spins itinerantes vem atraindo a atenção no contexto de informação quântica já que tem uma relação mais estreita com a manipulação de átomos conseguida em redes ópticas assim como a possibilidade de utilizá-los como “flying” q-bits. Esses sistemas, modelados por Hamiltonianas tipo Hubbard, serão estudados utilizando técnicas como o Density-Matrix Renormalization Group, largamente empregado no estudo de emaranhamento quântico, e o método de Monte Carlo Quântico.

5 - Implementação de técnicas de grupo de renormalização para o cálculo de medidas de emaranhamento. Neste caso efetua-se a eliminação parcial de graus de liberdade e a evolução dos acoplamentos no espaço de parâmetros é acompanhada, em busca de pontos fixos (invariantes de escala). Há diversas maneiras de se implementar esta eliminação parcial de graus de liberdade, estaticamente (através do operador densidade), dinamicamente (através de equações de movimento), ou, ainda, “fenomenologicamente” (através do finite-size scaling). Estas técnicas poderão imprimir novas visões ao comportamento de grandezas como concurrência e suas derivadas.

Espera-se avançar o conhecimento básico na área, divulgando resultados através de publicações, ao mesmo tempo em que contribuímos para a formação de recursos humanos altamente qualificados em nível de pós-graduação e pós-doutoramento; alunos de iniciação científica também poderão participar destes projetos.


i) Pesquisa Experimental – Profs. Antonio Zelaquett Khoury e José Augusto Oliveira Huguenin

No Laboratório de Óptica Quântica da UFF, a ferramenta básica de estudo e aplicação das propriedades quânticas da radiação eletromagnética é o oscilador paramétrico óptico (OPO). Este dispositivo é baseado na conversão paramétrica descendente onde pares de fotons (chamados fotons gêmeos ) são gerados quando um meio não linear e bombeado por um feixe luminoso. O OPO e formado pela inserção de um cristal não linear em uma cavidade óptica. O processo de emissão paramétrica e realimentado pela cavidade nos fornecendo a oscilação de dois feixes intensos, conhecidos como feixes gêmeos. Os feixes gerados pelo OPO apresentam c correlações quânticas fazendo deste dispositivo uma fonte robusta na produção de estados emaranhados em variáveis continuas. Pretendemos utilizar estas correlações para os seguintes fins:

1 – Implementação de protocolos de distribuição segura de chaves criptográficas, baseado no entrelaçamento quântico em estados de variáveis contínuas. Para esta finalidade, precisaremos produzir um par de feixes entrelaçados e implementar dois esquemas de deteção homódina. As correlações entre os ruídos das fotocorrentes detectadas podem, então, ser usadas, juntamente com um esquema de comunicação clássico, para a transmissão de uma chave segura. Também serão investigados protocolos de distribuição de chaves com estados coerentes, sem a necessidade de entrelaçamento.

2 – Estudo da transferência de momento angular orbital da luz na oscilação paramétrica. Este estudo tem como objetivo o controle de graus de liberdade adicionais da luz para potenciais aplicações à transmissão e ao processamento de informação quântica. Neste trabalho será necessária a implementação de conversores de modos de propagação da luz, a fim de obtermos feixes com momento angular orbital. Estes feixes serão utilizados na operação do nosso OPO, gerando correlações quânticas em momento angular.

3 – Formação de imagens e padrões na luz gerada por OPOs. Neste caso, o objetivo central do trabalho será a montagem de um OPO com uma cavidade degenerada, de modo a podermos observar a formação e a amplificação de imagens e padrões ópticos não lineares. Um tema importante a ser abordado envolve a formação de padrões do tipo franjas de moiré, cujas aplicações à metrologia óptica são inúmeras. Pretendemos, ainda, a preparação de feixes com correlações quânticas espaciais, de modo a produzirmos um fluxo de fótons ordenados tanto temporal quanto espacialmente. O controle espacial das flutuações quânticas em um feixe luminoso permite a realização de medidas de posicionamento em resolução superior ao limite. quântico padrão.

ii) Pesquisa Teórica – Profs. Kaled Dechoum, Ernesto F. Galvão e Daniel Jonathan

A existência de fenômenos críticos em sistemas ópticos não lineares, como o oscilador óptico paramétrico (OPO), tem gerado interesse crescente pelo fato de se poder criar estados entrelaçados mesoscópicos, uma vez que o estado do campo em questão é formado por um grande número de fótons com forte correlação quântica.

A análise deste sistema, quando se inclui modos transversos não estacionários, mostra as mesmas características dos sistemas complexos que apresentam auto-organização. Padrões geométricos associados às correlações quânticas começam a se formar próximo ao ponto crítico e análises prévias mostram que a presença destes modos dão origem a uma nova fase ordenada com modulação espacial, sustentadas pelas flutuações quânticas. Este é um exemplo típico de transição de fase quântica.

Um dos objetivos-chave desta linha de pesquisa é fazer uma análise completa deste dispositivo usando o arcabouço da mecânica estatística fora do equilíbrio para estudar a dinâmica das flutuações quânticas. Também pretende-se caracterizar o estado do campo, que apresenta características de estado entrelaçado multimodo. Em particular, cálculos cuidadosos têm demonstrado que, próximo ao ponto crítico, esse estado torna-se não-gaussiano. Em contraste com a teoria bem-desenvolvida já existente para o entrelaçamento de estados gaussianos de variáveis contínuas, este novo regime não foi ainda investigado de forma satisfatória. Pretendemos desenvolver critérios gerais para a caracterização do entrelaçamento de estados não–gaussianos, bem como estudar as possibilidades de sua manipulação sob operações locais gaussianas suplementadas por comunicações clássicas. Em particular, procuraremos por possíveis efeitos catalíticos.

Pretendemos ainda desenvolver protocolos de criptografia fazendo uso explícito dos graus de liberdade espaciais e de momento angular dos campos produzidos no OPO, e procurar elaborar experimentos que possam ser implementados neste centro.

Estudamos também vários problemas mais próximos aos fundamentos da computação quântica. Entre outros temas, devemos concluir um trabalho sobre a eficiência de certas construções de operadores pseudo-aleatórios usados em computação quântica; estudar o modelo de computação quântica baseado em medidas; e devemos concluir um trabalho sobre a complexidade de descrições probabilísticas de estados e medidas em mecânica quântica.

Resultados esperados

Do ponto de vista acadêmico, os principais resultados esperados da pesquisa a ser desenvolvida no âmbito deste projeto envolvem a orientação de estudantes de pós-graduação e a publicação de artigos científicos. Atualmente, nosso grupo conta com seis estudantes de pós-graduação, três deles trabalhando no laboratório de ótica quântica, e três estudantes de iniciação científica. Quatro teses de mestrado já foram orientadas nos últimos anos e duas teses de doutorado deverão ser concluídas em breve. Além disso, nossas contribuições ao entendimento da interação de feixes com momento angular orbital em OPOs são pioneiras. Deste modo, qualquer protocolo de transmissão ou processamento de informação quântica, inclusive protocolos criptográficos, baseado nestes princípios poderá ser objeto de patente.

Grupo de Informação Quântica e Fenômenos Críticos –UFF

O objetivo central é investigar propostas de computação quântica com propriedades de resistência a erros em sistemas abertos, ou seja, sistemas sujeitos a decoerência devido a seu acoplamento com o ambiente, bem como investigar o comportamento do emaranhamento em sistemas de matéria condensada exibindo comportamento crítico. Em particular, as metas a serem alcançadas incluem os seguintes pontos:

1. Impacto da decoerência em CQA. A CQA exibe uma propriedade natural de proteção contra decoerência, dada pela existência do gap entre o estado fundamental e os estado excitados do sistema. No entanto, o impacto real de processos de decoerência em CQA só pode ser avaliado através de uma análise concreta da implementação de algoritmos adiabáticos e do custo de desempenho de mecanismos de correção de erros. O sucesso da implementação da CQA depende de muitos fatores como, por exemplo, a interpolação no tempo adotada entre os Hamiltonianos inicial e final e também o sistema físico usado como computador quântico. Assim, pretendemos esclarecer como esses fatores afetam o desempenho da CQA e até que ponto a condição adiabática é a responsável pela prevenção de erros nesses esquemas.

2. Construção de modelos de computação quântica via teoria dos invariantes. A teoria dos invariantes em mecânica quântica possibilita o desenvolvimento de algoritmos quânticos que funcionam de modo contínuo no espaço de Hilbert em um regime não-adiabático [SARANDY08]. O entendimento do impacto dessa proposta depende de questões como a localidade dos Hamiltonianos obtidos e a resistência a decoerência nesse método. Pretendemos resolver essas questões trabalhando no desenvolvimento da implementação de algoritmos no formalismo dos invariantes.

3. Desenvolvimento de esquemas de CQG e análise de sua resistência a decoerência. A dependência da fase geométrica apenas no caminho percorrido pelo sistema no espaço de Hilbert é o principal atrativo da CQG no que diz respeito a resistência a erros. Ainda assim, o desempenho da CQG sob decoerência e a correção de erros dentro um esquema geométrico são questões ainda não completamente resolvidas. Nesse contexto, pretende-se propor esquemas concretos de CQG via Hamiltonianos de spins interagentes e analisar sua resistência a erros. Espera-se também avançar no estudo da relação entre emaranhamento e fase geométrica. Além disso, trabalharemos para propor procedimentos (e análise de seus resultados em computação quântica) para o estudo sistemático de fases geométricas em sistemas abertos (Markovianos e não-Markovianos).

4. Emaranhamento e fenômenos críticos quânticos em sistemas de matéria condensada. A teoria da informação quântica tem disponibilizado novas ferramentas para o entendimento das correlações entre sistemas quânticos. De fato, um recurso fundamental em informação quântica é o emaranhamento de estados quânticos, o qual implica numa correlação entre as partes de um sistema físico sem qualquer análogo clássico. Na busca do entendimento das propriedades de sistemas emaranhados, os sistemas magnéticos de baixa dimensionalidade tais como cadeias de spin constituem um tema de grande interesse. Estes sistemas permitem estudar, caracterizar e mesmo quantificar conceitos como emaranhamento quântico e diversas formas de entropia que são essenciais para a teoria da informação quântica. Sob a ação de campos magnéticos intensos, cadeias de spins permitem também realizar e investigar fenômenos quânticos que se manifestam a nível macroscópico como a condensação de Bose-Einstein. Em anos recentes, observou-se que o comportamento do emaranhamento ao redor da região crítica do sistema permite a caracterização de transições de fases quânticas. Objetivamos aqui avançar nessa questão, analisando quais quantidades relevantes, associadas ao emaranhamento, são capazes de atuar como indicadores universais de transições de fases e investigando os parâmetros de ordem e expoentes críticos a partir do conceito de emaranhamento. Além disso, é de especial interesse discutir o papel do emaranhamento na caracterização do comportamento crítico de sistemas desordenados e investigar o emaranhamento em modelos invariantes conformes. Entre as perguntas que pretendemos responder no decorrer do projeto encontram-se: O emaranhamento é um bom indicador de transições de fases? Existem mecanismos universais de caracterizações de fases baseados em quantidades relacionadas ao emaranhamento? Existem outras quantidades relacionadas à informação quântica as quais podem ser bons indicadores de transições de fases?

Visto que a informação quântica constitui um campo de pesquisa em desenvolvimento rápido e contínuo, novas linhas de investigação são esperadas serem iniciadas e desenvolvidas ainda na vigência desse projeto. Dessa forma, espera-se que, ao final de sua execução, as principais metas delineadas sejam

plenamente alcançados e que novos direcionamentos surjam dessa investigação. Do ponto de vista institucional, espera-se a formação sólida de estudantes envolvidos (ou que venham a se envolver) com o projeto.


Completaremos a construção das teorias semiclássicas descritas acima. Estas serão aplicadas à busca de estados emaranhados cuja descoerência seja lenta. Trabalharemos em aplicações a sistemas de interesse em Informação/Computação Quântica. Analisaremos o problema de relaxação ao equilíbrio de sistemas bipartidos puros genéricos; em particular procuraremos uma expressão para a taxa de relaxação em função dos parâmetros de acoplamento. Também buscaremos respostas para perda de coerência no caso de banho próximo do ponto crítico.

Grupo Processamento da Informação Quântica por Ressonância Magnética Nuclear – CBPF, USP/São Carlos e UFES

1) Simulações numéricas (precedendo etapa experimental) de espectros de RMN, RPE e de ótica em um sistema acoplado eletrônico-nuclear. Neste módulo serão feitos estudos numéricos dos espectros de spins nucleares acoplados entre si e com spins eletrônicos, que também podem se acoplar. A proposta deste estudo é o acompanhamento dos espectros em função do estado do spin eletrônico. Os espectros serão simulados levando-se em consideração a distribuição aleatória de vizinhanças de spins de terras-raras na amostra. Uma vez estabelecida a dinâmica dos espectros, introduziremos seqüências de pulsos de radiofreqüência que codificam chaves lógicas quânticas e seus efeitos sobre os espectros. Espera-se que os resultados de tais simulações sejam utilizados na interpretação da parte (1) descrita acima.

2) Estudo do emaranhamento em cadeias de spins. Cadeias de spins têm sido apontadas como sistemas promissores para a implementação de protocolos de computação quântica e de comunicação quântica. Alguns desses materiais possuem estado fundamental emaranhado, o que os habilita a operarem como possíveis reservatórios de emaranhamento. Nesta linha iremos investigar os diversos tipos de magnetos moleculares através de medidas de testemunhas de emaranhamento, como a susceptibilidade magnética e o calor específico. Além disso, estudaremos a possibilidade de fazer uma “Engenharia de Hamiltonianos” que nos permita projetar e construir amostras com cadeias de spin onde o grau e o tipo de emaranhamento possam ser manipulados através da geometria da cadeia e das características das interações de troca entre os spins. Também estudaremos a possibilidade de utilizar magnetos moleculares que possuem transições óticas em dispositivos quânticos.

3) Arquiteturas de processamento da informação quântica. Estudaremos novos protocolos para armazenar a informação quântica nos cristais dopados e nas cadeias de spins. Este estudo se alimentará dos resultados das partes acima.

4) Simulações de sistemas quânticos por RMN. A RMN de líquidos, tal como vem sendo utilizada nas investigações de processamento da informação quântica, é um poderoso aliado para a realização experimental de simulações quânticas. Em particular, demonstramos recentemente uma simulação por RMN do famoso experimento de violação das desigualdades de Bell por pares de fótons emaranhados. Estes e outros experimentos demonstram a conveniência da utilização da RMN para simulação de efeitos quânticos que nem sempre são imediatamente viáveis de serem observados através de outras técnicas. Serão feitas simulações de cadeias de spins visando demonstrar a dinâmica do emaranhamento.

5) Utilização da Ressonância de Quadrupolo Nuclear para processamento de informação quântica. Em RQN, a interação quadrupolar elétrica é a preponderante, desdobrando os níveis de energia de spin nuclear mesmo na ausência de campo magnético externo. Para o caso de núcleos com spin 3/2 em um gradiente de campo elétrico com simetria axial, por exemplo, a interação quadrupolar separa o espectro de energia em dois níveis, cada um duplamente degenerado, um deles associado às componentes de spin , o outro às componentes . Um campo magnético externo, mesmo sendo pouco intenso, pode levantar a degenerescência desses níveis, fazendo com que ocorram quatro níveis de energia separados (dependendo do ângulo entre o campo magnético externo e o eixo de simetria do gradiente de campo elétrico), similarmente ao que ocorre em RMN com campo externo. Tem-se, desta forma, um modo alternativo de se obter um sistema de 2 q-bits a partir de um único núcleo com spin 3/2, sem a necessidade de um campo magnético intenso. Alguns métodos experimentalmente simples que pretendemos investigar em RQN incluem o estudo de sistemas de 2 q-bits envolvendo núcleos com spin 7/2 na ausência de campo magnético externo e de núcleos com spin 3/2 em ambiente com ou sem simetria axial na presença de um pequeno campo magnético externo.

A implementação deste projeto deverá resultar:

1. Em uma melhor compreensão sobre a dinâmica das interações entre elétrons atômicos – polarizados através de técnicas de ótica –, e spins nucleares – estudados utilizando a RMN –, e como essa dinâmica pode ser utilizada para o processamento da informação quântica;

2. No desenvolvimento de novos materiais que possam ser utilizados como partes de processadores quânticos;

3. No desenvolvimento de técnicas combinadas RMN-Óptica para fins de processamento da informação quântica;

4. No desenvolvimento de novas ferramentas de coleta, análise e tratamento de dados experimentais;

5. No desenvolvimento de programas de simulação numérica de espectros de RMN, RPE e ópticos de sistemas acoplados.

6. Em estudos sobre a utilização do emaranhamento presente em sistemas magnéticos, como cadeias de spins, para o processamento da informação quântica.

7. No desenvolvimento de programas de simulação numérica de espectros de RQN na presença de pequenos campos magnéticos externos e na realização dos primeiros experimentos envolvendo a aplicação de RQN ao processamento de informação quântica.

Em termos de produção técnico-científica espera-se que, para o período do projeto, cerca de 10 artigos científicos sejam assinados por membros das instituições envolvidas, 3 dissertações de mestrado e 3 teses de doutorado sejam concluídas.


No recém-criado laboratório de Comunicações Quânticas da PUC-Rio trabalhamos com a produção e propagação via fibras ópticas de bits quânticos codificados em polarização. Com este projeto oportunidade de desenvolvimento de pesquisas de ponta na área de comunicações quânticas, de forma a diversificar a área de pesquisa do programa de Pós-Graduação do Departamento de Engenharia Elétrica da PUC-Rio. Os principais objetivos, ambos correspondendo a experimentos jamais realizados até o presente momento, são:

1 - Realização experimental de uma Medida de Bell em polarização após propagação via fibras ópticas independentes.

O uso de fibras comerciais de telecomunicações como canal quântico ainda está limitado em torno de ~ 150 km devido a perdas de propagação e, principalmente, ao ruído de detecção no regime de contagem de fótons. Uma forma de superar este limite está no uso do “entanglement swapping” – também conhecido como “teletransporte de emaranhamento” – na configuração chamada de “repetidor quântico”. Para que o entanglement swapping possa ser realizado, é preciso garantir que sua peça-chave fundamental, a medida projetiva nos estados de Bell (chamada de “Bell State Measurement”, ou simplesmente BSM), possa ser implementada. Essa medida pode ser facilmente implementada utilizando componentes lineares, como separadores de feixe. Para que um BSM seja bem-sucedido, é preciso que os fótons que compõem o par a ser medido sejam indistinguíveis – isto é, pertençam ao mesmo modo espacial, temporal, espectral e de polarização. Se as distâncias envolvidas forem longas, esse requisito pode ser de difícil satisfação, devido aos efeitos de birrefringência e de dispersão dos modos de polarização (“Polarization Mode Dispersion” ou PMD) nas fibras ópticas. Neste objetivo, um dispositivo controlador de polarização desenvolvido em nosso laboratório será utilizado para compensar as rotações de polarização causadas entre dois enlaces independentes de fibra óptica de longa distância para permitir que um BSM possa ser realizado.

2 - Demonstração experimental de um sistema de criptografia quântica via fibras ópticas utilizando pares de fótons emaranhados em polarização.

O passo inicial do experimento consistirá na construção do principal elemento de um sistema de comunicações quânticas que utilize emaranhamento: a fonte de pares de fótons. Esses pares são gerados por um processo não-linear de segunda ordem conhecido como SPDC (Spontaneous Parametric Down-Conversion), no qual um fóton de um laser de bombeio incide em um cristal não-linear e, espontaneamente, converte-se em dois fótons de metade da energia do original cada. Se o casamento de fase do processo não-linear for do tipo II, os fótons gerados sempre possuirão estados de polarização ortogonais, o que permitirá a sua separação de forma muito simples. A qualidade do emaranhamento da fonte será testada por meio de uma Desigualdade de Bell, de forma a garantir que os pares emitidos estejam maximamente emaranhados.Uma vez que a fonte de pares emaranhados esteja pronta, cada um dos fótons do par será acoplado a uma fibra óptica independente e enviado, respectivamente, a Alice e Bob. Um sistema de controle de polarização, que envolve a multiplexação de sinais clássicos em outros comprimentos de onda, será utilizado para corrigir as flutuações de polarização existentes. Medidas de correlação, para verificação da violação da desigualdade de Bell, e de taxa de erro (QBER) serão realizadas para diferentes comprimentos de enlace de fibra, de forma a caracterizar a performance do sistema.

Tanto a demonstração experimental de um sistema de criptografia quântica via fibra óptica usando emaranhamento em polarização como a realização de medidas de Bell de longa distância serão, sem dúvida, importantes contribuições científicas. O domínio das tecnologias de controle de polarização de fótons únicos e da geração de pares emaranhados em polarização no comprimento de onda de 1550 nm é de grande interesse científico, já que todas as redes de comunicações quânticas futuras deverão utilizar controle de polarização para implementar repetidores quânticos. Além disso, a geração de conhecimento fundamental e a formação de estudantes de mestrado e doutorado contribuirão para o desenvolvimento do programa de pós-graduação do CETUC/PUC-Rio.


1 – Reconstrução de estados e processos quânticos através de medidas tomográficas.Trabalharemos em conjunto com o Laboratório de Óptica Quântica da UFRJ, no problema de otimização associado à tomografia de estado e processo quântico, com o objetivo de encontrar um algorítimo de

reconstrução de estado e de processo, que de fato leve à representação ótima do estado ou do processo medido.


O grupo de óptica quântica do IFGW trabalhará com a investigação teórica de sistemas como eletrodinâmica quântica de cavidades e íons aprisionados com aplicações em informação quântica; o estudo das implicações da perda de coerência; desenvolvimento de protocolos de comunicações quânticas, em particular utilizando estados coerentes (variáveis contínuas).

Grupo de Teoria DFMC – Unicamp

a) Emaranhamento de Estados

a-i. Parte desse projeto visa a caracterização e quantificação de emaranhamento de estados de sistemas quânticos multipartidos. Devido ao sucesso que tivemos na descrição do comportameno de emaranhamento multipartido e bipartido em transições de fase quânticas para cadeias de spin, esperamos estender nossos tratamentos a outros sistemas multipartidos. Atualmente estamos investigando o comportamento do emaranhamento nas transições entre as fase isolante de Mott e superfluida que ocorrem em sistemas de átomos bosônicos ultraresfriados aprisionados em redes ópticas. Este tipo de investigação tem sido crescente e pode ter uma importância fundamental na compreensão de transições de fase quânticas. Temos também como meta neste subprojeto o estabelecimento de relações de monogamia de emaranhamento para sistemas multipartidos.

Este projeto de carater interdisciplinar conta com a colaboração de especialistas na quantificação de emaranhamento e de especialistas em matéria condensada.

a-ii. Outro objetivo deste subprojeto visa a extensão de nossas investigações em estados de variáveis contínuas para estados de sistemas com espaço de Hilbert de dimensão arbitrária. Temos obtido resultados preliminares encorajadores que permitem tanto a caracterização de emaranhamento de sistemas bi e multipartidos com operações locais simples e comunicação clássica, assim como a reconstrução completa de estado quântico global destes sistemas com um conjunto de medições locais e comunicação clássica. Além disso nossos resultados prévios para estados Gaussianos estão relacionados com a discussão de não-localidade de estados quânticos, que no entanto não forma por nós investigadas em sua profundidade. Como meta neste projeto pretendemos estender essas relações.

O seu desenvolvimento requer o conhecimento da teoria de emaranhamento corrente e de suas especificações para estados Gaussianos. Seu desenvolvimento conta com especialistas em estados Gaussianos.

b) Sistemas físicos para o processamento quântico de informação

Um grande número de tecnologias têm sido investigadas para a real implementação de computadores quânticos, bem como de sistemas de comunicação quântica eficientes. O grau de desenvolvimento dessas tecnologias tem sido fortemente impulsionado por esta meta, requerindo o desenvolvimento de novos processos de controle e medição.

Este projeto tem os seguintes objetivos:

1. Desenvolvimento de protocolos de comunicação e computação quântica nas tecnologias experimentais correntes e suas extensões.

2. Determinação e identificação de fontes fisicamente relevantes de ruído no processo de emaranhamento nas tecnologias experimentais correntes.

3. Quantificação e medida de emaranhamento de estados em termos de quantidades experimentalmente acessíveis.

4. Desenvolvimento de novos métodos para redução de ruído e processamento de sinais utilizando feedback, purificação de estados e esquemas de correção de erro.

5. Utilização de recursos quânticos para o desenvolvimento de processos de medição de alta precisão.

Neste projeto estamos particularmente interessados na investigação destes tópicos em eletrodinâmica de cavidades em circuitos bem como em átomos ultrafrios aprisionados em redes ópticas. Atualmente a combinação de recursos específicos da eletrodinâmica quântica de cavidades e de circuitos supercondutores têm atraído considerável atenção de pesquisadores, tanto para a implementação de operações quânticas universais, quanto para a realização de diversos aspectos de medição de propriedades físicas de difícil acesso. Este tipo de junção de tecnologias levou ao desenvolvimento da eletrodinâmica quântica de cavidades em circuitos, onde campos de radiação de microondas em linhas de transmissão acopladas capacitivamente entre si fazem a contrapartida de ressonadores de microondas e os dispositivos supercondutores atuam como “átomos artificiais”. O segundo tipo de sistema - Átomos ultrafrios aprisionados em redes ópticas – também têm atraído considerável atenção nos últimos tempos por sua alpicabilidade na simulação de modelos da matéria condensada, bem como por sua potencialidade para o processamento quântico de informação.

Este projeto teórico de caráter aplicado conta com a participação de especialistas em óptica quântica e em dispositivos supercondutores, e visa o contato com grupos experimentais internacionais que estejam investigando este tipo de sistemas. Este projeto pode fomentar o interesse de pesquisa nacional nesta área estratégica e um possível intercâmbio e colaboração com grupos internacionais. O seu desenvolviemento requer a utilização de métodos analíticos e numéricos apropriados à dinâmica quântica, tais como Equações de Heisenberg-Langevin, Equações Mestras, Operações Quânticas e Efeitos, Trajetórias Quânticas , Equações Diferenciais Estocásticas e Integração Funcional.


Sistematizaremos a descrição de estados puros de máximo emaranhamento tendo como base a teria da codificação clássica. Com base na generalização da medida de Meyer-Wallach, um estudo análogo ao proposto para qubits e códigos binários, será desenvolvido para qudits e códigos q-ários. Analisaremos os códigos quânticos topológicos em superfícies compactas com gênero maior ou igual a 2. Construiremos códigos quânticos topológicos em superfícies não compactas e faremos uma comparação com os códigos obtidos em superfícies compactas. Construiremos novos códigos tóricos baseados em propriedades algébricas e combinatoriais e avaliaremos seus parâmetros no sentido de comparação com bons códigos conhecidos. Construiremos códigos quânticos a partir de mergulhos de grafos em superfícies compactas. Pretendemos relacionar códigos quânticos com a teoria de matróides, com o objetivo de geração de novos códigos quânticos bem como na derivação de uma função enumeradora de pesos através da avaliação do polinômio de Tutte do matróide soma direta. Apresentaremos uma classe de códigos convolucionais quânticos estabilizadores (memória unitária, memória unitária parcial e puncionados) tendo como base a concatenação de codificadores convolucionais.

Laboratório de Interações Atômicas – USP – São Carlos

No Laboratório de Interações Atômicas do IFSC-USP temos trabalhado com moléculas heteronucleares frias e átomos de Rydberg frios em armadilhas magneto-ópticas. Estes experimentos têm se beneficiado muito da simplicidade das armadilhas magneto-ópticas, as quais podem ser montadas

facilmente. Mas esta simplicidade tem seu preço como o pequeno controle do movimento atômico. Para aumentarmos o controle sobre o movimento atômico e também a densidade da amostra, nosso laboratório tem como meta a construção de dois sistemas distintos envolvendo aprisionamento em armadilhas ópticas. Em um deles aprisionaremos um mistura mista de 40K (Férmion) e 87Rb (Bóson), com a intenção de formar moléculas no estado vibracional fundamental. Em outro aprisionaremos átomos de Rb em uma armadilha óptica usando um laser de CO2 para produzir átomos de Rydberg frios. Assim os principais objetivos deste projeto são:

1. Aprisionamento de K e Rb em uma armadilha mista magneto-óptica carregada a partir de um feixe atômico misto desacelerado.

2. Aprisionamento da mistura atômica em uma armadilha óptica de dipolo utilizando um laser de fibra (λ=1064 nm, 40Watts).

3. Fotoassociação da molécula de KRb utilizando um laser de Ti:Safira em 780 nm e detecção das moléculas por fotoassociação.

4. Aprisionamento das moléculas frias KRb na armadilha de dipolo óptica e estudo do processo de colisão entre átomo/molécula e molécula/molécula.

5. Bombeamento óptico das moléculas para o estado vibracional fundamental do estado eletrônico fundamental utilizando um laser pulsado (775 nm, 100 fs). Estudo de colisões moléculas/moléculas.

6. Estudo sobre o efeito Stark nos potenciais entre átomos de Rydberg através do estudo de colisões atômicas.

7. Aprisionamento de átomos de Rydberg em uma armadilha óptica utilizando um laser de CO2.8. Realizar imagem dos átomos de Rydberg aprisionados em uma armadilha óptica usando sistemas

de imagem de íons.9. Aprisionamento de átomos de Rydberg em uma rede óptica e detecção de suas respectivas

posições.

Os resultados esperados com este tipo de trabalho envolvem a geração de conhecimento básico, com a formação de estudantes de pós-graduação e o treinamento de pós-doutores. Além do mais, temos a possibilidade de gerar resultados inéditos e competitivos, como por exemplo, a condensação de moléculas e aprisionamento em uma rede de átomos de Rydberg em uma rede óptica de CO2. Uma vez obtido estas amostras experimentos em computação e informação quântica em amostras neutras frias estariam em condições de serem iniciados.

Grupo de Informação Quântica Teórica – UFSCAR/USP-SC

(1) Estudar a relação que existe entre estados de multiqbits e as simetrias dos estados, ou seja, usar as ferramentas da teoria de grupos e classificar os estados de acordo com suas simetrias que manifestam.

(2) Estudar relação entre as medidas de grau de emaranhamento e o grau de persistência do emaranhamento após a realização de medições.

(3) Estudar geração e o controle de tais estados, no contexto de átomos/íons aprisionados dentro de cavidades ópticas, usando engenharia de reservatórios. Em particular duas situações físicas distintas serão trabalhadas: i) dois íons aprisionados dentro de uma única cavidade de baixo fator de qualidade e ii) dois átomos aprisionados em duas cavidades ópticas distintas conectadas via fibra óptica. Acreditamos que a investigação proposta poderá ajudar a um melhor entendimento dos fenômenos físicos presentes na computação e comunicação quântica.


Nosso principal objetivo nos próximos anos será de produzir interfaces para troca de informação quântica entre átomos e luz. Pretendemos estabelecer algumas bases para futuras redes quânticas de informação.

Dentre as metas mais relevantes estão:

1) realizar o teletransporte entre feixes de freqüências distintas, como os produzidos no OPO, demonstrando a conversão de freqüência da informação quântica.

2) demonstrar o emaranhamento tripartite, de feixes de cores distintas (bombeio, sinal e complementar), conforme previsto teoricamente por nosso grupo [Villar06].

3) estudar processos coerentes em átomos frios, visando a geração de estados não-clássicos, com longos tempos de vida (memórias).

4) produzir uma rede ótica unidimensional para preparação e caracterização de estados não-clássicos de vibração dos átomos. Esse tópico deverá ser estendido à produção de redes tridimensionais, para aplicações em computação quântica, seguindo o modelo do grupo do Prof. D. Weiss (em que é dispensável trabalhar com condensados de Bose-Einstein) [Nelson07].

5) construir um novo OPO, bombeado por um laser de Ti:Safira em 780 nm (ressonante com uma transição do átomo de rubídio), com feixes de saída em aproximadamente 1560 nm (uma das "janelas" de transmissão em fibras óticas). Esse OPO permitirá transferir diretamente informação quântica de sistemas atômicos para luz, com três campos de cores distintas, com aplicações em futuras redes quânticas multicores.

6) gerar campos com correlações espaciais em OPOs em cavidades com modos transversos degenerados, e amplificação de imagens quânticas nestas cavidades.

Grupo Teórico de Átomos Frios, Condensados e Caos Quântico - USP

Continuar a investigação da fisica de Condensados de Bose-Einstein, e caos Quantico, visando o desenvolvimento de tecnicas para melhor entender o funcionamento de laser de matéria. Continuar a investigação de confinamento de BEC de atomos neutros no espaço livre usando a reflexão quântica. Tal estudo e´ importante na área de computação quântica. Continuar a investigação do espectro de Bogoliubov de condensados visando melhor entender a transição ordem-caos usando o DGOE. Continuar o trabalho sobre computação quântica.

Grupo de Informação Quântica – UEPG

O GIQ tem como objetivos centrais atuar na pesquisa em quantificação, caracterização e manipulação de informação de natureza quântica e no estudo da dinâmica de sistemas físicos com perspectivas voltadas à computação e informação quântica.

1 – Estudar a estrutura formal da Mecânica Quântica enfatizando aspectos geométricos e algébricos do espaço de Hilbert. Estão incluídos aqui teoremas em Topologia, Álgebra Linear e Multilinear e em Teoria de Medida. A idéia é encontrar nesses elementos matemáticos, ferramentas que nos permitam estabelecer medidas e critérios de emaranhamento e definir limites claros sobre transformações de estados quânticos. Com relação a esses limites, interessa-nos, por exemplo, os problemas de purificação e clonagem de estados puros e de mistura.

2 – Dar continuidade ao estudo das propriedades dinâmicas de sistemas em eletrodinâmica quântica de cavidades, campos bosônicos acoplados (incluindo óptica linear), íons aprisionados e qbits supercondutores. Esses são potenciais candidatos para uma futura implementação prática e servirão como protótipos para o teste e avaliação das idéias teóricas desenvolvidas na área de Informação Quântica. Estão incluídos o estudo da criação e distribuição de emaranhamento e outras propriedades quânticas, troca e transmissão de estados, geração de estados quânticos e propostas de portas lógicas e algoritmos quânticos. Pretende-se tratar esses sistemas como abertos, onde atuam processos de relaxação de energia e fase, com o objetivo de buscar elementos capazes de proteger a informação aumentando assim a fidelidade desses processos.

Apêndice II – Linhas de Pesquisa dos Grupos Participantes


O trabalho do Grupo de Informação Quântica com Sistemas Atômicos da UFPE buscará implementar localmente e desenvolver diversas técnicas experimentais de geração de fótons individuais com memória, ou de forma determinística, a partir de ensembles atômicos. Essas técnicas têm permitido a geração de estados emaranhados complexos entre sistemas atômicos distantes[Chou05,Matsukevich06,Chou07], bem como a sincronização de fontes de fótons individuais[Felinto06]. Ambas aplicações são metas do presente projeto. O objetivo de médio para longo prazo dessa linha de pesquisa é aprofundar a implementação no laboratório de diversos protocolos de informação quântica, como o protocolo DLCZ para comunicação quântica a grandes distâncias[Duan01] e os protocolos de computação quântica unidirecional[Walther05,Tame07] e o baseado em óptica linear[Knill01].

Utilizaremos nesses estudos tanto átomos frios presos em armadilhas magneto-ópticas, quanto células de vapor aquecidas. Nesses sistemas implementaremos e otimizaremos tanto técnicas já conhecidas de geração de pares de fótons por ensembles atômicos[Felinto05,Laurat06] e sincronização[Felinto06], como procuraremos desenvolver técnicas novas. Estas novas técnicas empregarão diversos conceitos de armazenamento de grade de coerência em ensembles atômicos que estamos desenvolvendo no momento[Tabosa07,Moretti08], com o objetivo de controlar a direção de emissão do fóton de saída e seu estado de momento angular orbital[Tabosa99,Barreiro03]. Para o desenvolvimento de uma fonte de fótons únicos determinística, trabalharemos na implementação de uma proposta recente[Lukin01] para geração determinística de fótons únicos em ensembles de átomos de Rydberg, através do processo de bloqueio de múltiplas excitações por interação dipolar. Evidências experimentais envolvendo amostras atômicas mesoscópicas incluem a observação da supressão da excitação [Singer04] e do comportamento coerente coletivo [Heidemann08]. Um primeiro passo do nosso grupo nessa direção foi dado recentemente com a observação de efeitos de interação Rydberg-Rydberg em um vapor denso de átomos de rubídio[Melo08]. Nossa próxima etapa envolve a caracterização da estatística de fótons do pulso de luz de segundo harmônico[Melo08] gerado pelo ensemble de átomos de Rydberg na presença de interação.

Com o desenvolvimento dessas novas fontes de fótons pretendemos primeiramente implementar protocolos de criptografia quântica e comunicação quântica com fóton únicos[Gisin02]. Além disso, o fato de usarmos sistemas com memória ou determinísticos deve aumentar consideravelmente a probabilidade de sucesso em processos que envolvam um número maior de fótons individuais sincronizados, como exigido, por exemplo, em computação quântica com óptica linear[Knill01] ou para a construção de repetidores quânticos[Duan01]. Os passos seguintes envolverão então obter números crescentes de fótons individuais sincronizados, que possibilitem a implementação de protocolos de informação quântica cada vez mais complexos. De modo a guiar esses desenvolvimentos futuros, uma parte importante do nosso trabalho será também desenvolver análises teóricas de eficiência e escalabilidade desses diversos protocolos, procurando determinar que recursos físicos são necessários

para a realização de tarefas de crescente complexidade. No momento, já temos uma aluna em final de mestrado concluindo uma análise desse tipo sobre o protocolo DLCZ[Duan01].

O Grupo de Informação Quântica com Sistemas Atômicos do Departamento de Física da UFPE envolve a colaboração próxima de três professores do quadro permanente do departamento: Daniel Felinto, José Wellington Rocha Tabosa e Sandra Sampaio Vianna. Os experimentos discutidos acima serão realizados em três laboratórios, um dos quais a ser implementado com os recursos do presente projeto. Os dois laboratórios já em funcionamento são o Laboratório de Átomos Frios (LAF), onde desenvolveremos os trabalhos envolvendo memória quântica, e o Laboratório de Física Atômica e Lasers Pulsados (LAFAP), onde trabalharemos com os átomos de Rydberg. O laboratório a ser implementado é o Laboratório de Informação Quântica com Sistemas Atômicos (LIQA), que concentrará as atividades do grupo nessa linha conforme ele vá sendo instalado.


Linha de pesquisa - 1

Um dos campos da física largamente investigado nas últimas décadas envolve o controle experimental de sistemas físicos que apresentam comportamento puramente quântico. Como conseqüência, surgiu uma nova ciência de informação baseada em protocolos quânticos, sem análogos clássicos, tais como teleportação e criptografia quântica. Em particular, os fótons gerados a partir do processo paramétrico espontâneo de conversão descendente, conhecidos também como fótons gêmeos, vêm sendo utilizados como ferramenta que propicia o estudo de fenômenos essencialmente quânticos. Esses fótons podem ser gerados em um estado emaranhado de polarização, de energia e nos seus momentos, por exemplo.

Uma das aplicações que explora as propriedades de correlação espacial dos fótons gêmeos é a formação de imagens, conhecidas como imagens quânticas. De fato, os fótons gêmeos vêm sendo apresentados como uma importante ferramenta no processamento de imagens. Não só porque eles são gerados através do processo de mistura de três ondas, permitindo, portando, uma flexibilidade maior na escolha do comprimento de onda tanto para a iluminação como para a detecção. Mais ainda, e o mais promissor, é o fato que eles exibem propriedades que não podem ser observadas com luz clássica. Uma conseqüência direta desse fato vem da possibilidade da redução do comprimento de onda de De Broglie, primeiramente observado por Fonseca, Monken e Pádua [FONESECA99], que pode ser de grande utilidade na litografia quântica [Dowling2001]. No entanto, esse aspecto, junto com a formação de imagens usando os fótons gêmeos, tem gerado um grande debate na comunidade científica. Ultimamente, tem-se verificado que a correlação quântica dos vetores de ondas dos fótons gêmeos não é suficiente para definir um efeito não clássico, tanto na formação de imagens como na formação dos padrões de interferência [Gatti2006].

Recentemente temos explorado o estudo da correlação espacial de segunda ordem de intensidade utilizando campos gerados por fontes clássicas. Em particular, Itamar Vidal e colaboradores [Vidal2008A], usando luz pseudotérmica como fonte de luz, mostraram um resultado surpreendente do caráter não-local de um efeito de interferência sem correlações quânticas. Apresentamos também outro resultado mostrando a formação de um padrão de interferência, medido em segunda ordem, com campos clássicos possuindo polarizações ortogonais entre si [Vidal2008B]. Além disso, os efeitos da visibilidade e da resolução das franjas de interferências foram estudados experimentalmente mostrando que existe uma relação entre os mesmos. Mostramos que é impossível obter alta visibilidade e alta resolução do padrão de interferência medido em segunda ordem utilizando luz clássica [Vidal2008C].

Aspectos clássicos e quânticos da correlação espacial de dois fótons vêm trazendo novos entendimentos. Por exemplo, trabalhos recentes mostraram que é possível caracterizar o grau de emaranhamento dos fótons gêmeos no espaço dos momentos através da condicionalidade dos padrões de interferência [Neves2005, Neves2007]. Uma das propostas aqui apresentadas é investigar

experimentalmente as correlações espaciais na formação de padrões de interferência condicional [Fonseca2001] usando uma fonte de luz pseudotérmica no regime de poucos fótons. Exploraremos essa condicionalidade com o objetivo de caracterizar o grau dessa correlação. Também será explorada a relação entre a visibilidade e a qualidade da imagem gerada por luz pseudotérmica a nível de poucos fótons.

A litografia quântica é baseada na redução do comprimento de onda de Broglie e o estado quântico, responsável por este efeito, é conhecido como estado NOON [Kok2002]. O interesse neste estado é devido à alta resolução e sensibilidade que ele produz. Recentemente publicamos um resultado teórico explorando as correlações quânticas dos vetores de onda dos fótons gêmeos, mostrando a possibilidade da redução do comprimento de Broglie nas três dimensões [Vidal2008D]. Este é o primeiro resultado que vislumbra a possibilidade da litografia quântica em 3D. Nessa linha, temos o total interesse na realização experimental da proposta teórica citada acima.

Sob o aspecto da informação quântica, o nosso interesse com este projeto é na realização experimental dos protocolos de teleportação quântica e emaranhamento de troca (entanglement swapping) no espaço dos momentos dos fótons gêmeos. A idéia das duas propostas apresentadas é fundamentada em um trabalho publicado recentemente no qual mostra que é possível gerar estados emaranhados multidimensionais (qudits) com fendas múltiplas usando as propriedades transversais dos fótons gêmeos [Neves2005]. A investigação de estados emaranhados multidimensionais é de grande importância na ciência de informação quântica, pois a maioria dos atuais protocolos quânticos usa apenas dois bits quânticos [Ekert2000]. Um exemplo da conseqüência da utilização destes estados pode ser observado na criptografia quântica, aumentando consideravelmente o número de chaves criptografadas, bem como a segurança na distribuição das mesmas [Bruss2000]. Explorar a teleportação no espaço dos momentos é uma alternativa ao esquema que utiliza os fótons emaranhados em polarização [Bouwmeester1997], podendo permitir a realização deste protocolo para grandes distâncias sem a necessidade de guias de ondas. De fato, existem já vários grupos que desenvolvem trabalhos buscando a comunicação quântica através do espaço livre. Um exemplo é o consórcio de pesquisadores europeus liderado pelo Professor Zeilinger e financiado pela agência espacial européia [Armengon2008].

Linha de pesquisa – 2

Geração de Estados Emaranhados Multidimensionais e Aplicações em Informação Quântica

No Grupo de Óptica e Materiais, dispomos de técnicas para geração e caracterização de feixes de luz possuindo momento angular orbital (MAO) e geração de fótons gêmeos. O uso combinado destas técnicas nos permite investigar sistemas com aplicações na área de informação quântica. Nesta linha de pesquisa, temos contribuído com resultados teóricos e experimentais, envolvendo a construção de uma representação geométrica para estados de MAO descritos por feixes não-difratantes [SOARES06], o estudo da conservação do MAO no processo de conversão paramétrica descendente (CPD), a medida de estados de fótons possuindo momento angular orbital usando difração e a implementação de circuitos ópticos capazes de realizar operações condicionais explorando os graus de liberdade de polarização e MAO do fóton.

Neste projeto, iremos atuar na linha de geração de estados emaranhados multidimensionais, que são muito importantes para o desenvolvimento de protocolos de comunicação quântica usando alfabetos longos e para testes experimentais da teoria de informação quântica usando estados emaranhados multidimensionais. Além disso, estaremos envolvidos com o desenvolvimento de circuitos ópticos, usando elementos lineares, que realizem operações lógicas úteis no processamento de informação quântica envolvendo estados emaranhados multidimensionais, em particular, estados emarahandos em polarização e MAO.

Nossas atividades estarão centradas na utilização do processo de CPD para gerar fótons gêmeos emaranhados em polarização e MAO. Explorando o acoplamento entre polarização e MAO iremos estudar as possibilidades de construir circuitos ópticos capazes de realizar operações condicionais no grau de liberdade de polarização usando o MAO e vice-versa. Além de usar o grau de liberdade de MAO para gerar estados emaranhados multidimensionais, iremos explorar o grau de liberdade de posição de origem do par de fótons gêmeos, onde estaremos envolvidos no desenvolvimento de uma nova fonte de estados emaranhados multidimensionais. Também iremos buscar aplicações em informação quântica usando esta nova fonte de estados emaranhados, por exemplo, protocolos de criptografia quântica e correção de erros.

É importante salientar que estados emaranhados multidimensionais ainda são pouco explorados experimentalmente e que esta área é muito importante não só para o avanço das pesquisas em informação quântica mas também para o entendimento de questões fundamentais da mecânica quântica.


O trabalho no laboratório de tecnologia da informação quântica, LATIQ, consiste na análise teórica de sistemas de comunicações quânticas em redes de telecomunicações e na realização experimental de protocolos de criptografia quântica com estados coerentes atenuados, incluindo a construção de detectores de fótons. A presente proposta tem como objetivo principal, implementar em laboratório protocolos de comunicação quântica em uma mini-rede óptica. Em seguida, nós analisaremos e proporemos a implementação dos mesmos protocolos em um trecho da rede óptica instalada da cidade de Fortaleza.

Atualmente, a mais factível das tecnologias quânticas é, sem dúvida, a distribuição quântica de chaves. Esta permite que duas partes localmente distantes estabeleçam, de forma incondicionalmente segura, uma seqüência de bits que pode ser usada como chave em algoritmos de criptografia. Diversos experimentos de distribuição quântica de chaves têm sido realizados nas principais universidades do mundo [DIAMANTI06, INTALLURA07, KAJI04, MENDONÇA08, TAKESUE06, TOWNSEND93], gerando protótipos comercialmente disponíveis [MAGICQ, IDQUANTIQUE, SMARTQUANTUM]. Nesta direção, este projeto de pesquisa visa à realização de experimentos de distribuição quântica de chaves baseados em deslocamento diferencial de fase, modulação de fase e polarização, fazendo análise de taxa de erro, taxa de transmissão, segurança e facilidade de implementação, procurando construir protótipos com desempenho no mínimo similar aos dos demais protótipos existentes. Um ponto crucial nesta tarefa é a construção de detectores de fótons na janela de comunicações ópticas de 1550 nm [NAMEKATA03, PELLEGRINI07, RAMOS03, SILVA05]. Para este fim, serão construídos detectores que operam com pulsos de gatilho na faixa de microondas.

ENLIGHT – UFMG

Composto pelo Laboratório de Óptica Quântica, pelo Grupo de Emaranhamento e Propriedades Quânticas da Luz e pelo Grupo de Sistemas Quânticos Abertos, o EnLight desenvolve pesquisa teórica e experimental em informação quântica, sobretudo na compreensão dos diferentes aspectos de emaranhamento tais como: propriedades geométricas, dinâmica em sistemas quânticos isolados e abertos, manifestação em diferentes graus de liberdade, relação com aspectos não-clássicos da luz e utilidade na implementação de protocolos quânticos, dentre outros.

Os dois grupos de teoria, coordenados respectivamente pelos Profs. Marcelo França Santos e Marcelo Terra Cunha (Emar. E Prop. Quant. Da Luz) e Carolina Nemes (Sist. Quant. Abertos) trabalham com aspectos gerais do emaranhamento [CAVALCANTI07], relacionando sua dinâmica em sistemas quânticos isolados e abertos com suas propriedades intrínsecas, tais como a geometria de estados quânticos [TERRACUNHA07]. Destaca-se, nessa linha de pesquisa, o estudo do problema batizado de

Morte Súbita de Emaranhamento [DIOSI03, DODD04, YU04] em que se analisam as diferenças essenciais entre perda de coerência e de emaranhamento em sistemas quânticos que interagem [FRANCASANTOS06]. O grupo trabalha, também, em propostas experimentais implementáveis sobretudo em estados emaranhados fotônicos, área de expertise do grupo experimental [CAVALCANTI08].

Estados emaranhados de fótons têm se destacado como uma importante ferramenta no desenvolvimento experimental da área de informação quântica, não apenas no que diz respeito a aplicações, mas também na elucidação de aspectos fundamentais [RELAT]. Por meio do processo de conversão paramétrica descendente espontânea, é possível gerar estados de pares fótons emaranhados em vários graus de liberdade, como polarização, freqüência, momentum transversal, momento angular orbital, e paridade. A exploração desses recursos tem levado à observação experimental de inúmeros efeitos não-clássicos no campo eletromagnético, à realização de protocolos e estudo experimental de processos na área de informação quântica.

O laboratório de Óptica Quântica do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais, coordenado atualmente pelos Profs. Carlos Monken e Sebastião de Pádua, é pioneiro no Brasil no estudo experimental de propriedades quânticas da luz. Nos últimos doze anos, o grupo vem estudando as propriedades de correlação dos estados de dois e de quatro fótons gerados por conversão paramétrica descendente, tais como a transferência de informação do feixe bombeador para os fótons convertidos [MONKEN98a,MONKEN98b], a medida da área de coerência do pacote de onda de dois fótons [FONSECA99a], efeitos de interferência espacial não-local e a sua condicionalidade [FONSECA99b,FONSECA00], o primeiro experimento de medida do comprimento de onda de De Broglie de um pacote de onda de dois fótons [FONSECA99c,FONSECA01,REPERC], demonstração do efeito do apagamento quântico com fendas duplas [WALBORN02,WALBORN03a], demonstração do efeito de anti-agrupamento espacial de pares de fótons [NOGUEIRA01,NOGUEIRA02], conservação e emaranhamento do momento angular orbital na geração dos pares de fótons [WALBORN04], demonstração da possibilidade de se controlar a paridade tanto da parte de polarização quanto da parte espacial da função de onda de dois fótons, abrindo mais uma possibilidade de controle da interferência de dois fótons [WALBORN03b] e possibilitando novas aplicações, como por exemplo, um esquema para discriminação mais eficiente de estados de Bell [WALBORN03c,WALBORN03d], a geração de feixes de dois fótons indistinguíveis no estado singleto de polarização [NOGUEIRA04], demonstração de regras de seleção para a transferência de paridade de índices de feixes Hermite-Gaussianos de um feixe laser para estados de dois fótons, melhoramento da resolução espacial de imagens obtidas com estados de dois fótons com relação às obtidas com luz clássica [SANTOS03,SANTOS05,SANTOS08], produção de estados de dois fótons com emaranhamento bipartido multidimensional (qudits), entre outros [NEVES04,NEVES05,NEVES06,LIMA06].

Metodologia – EnLight

O grupo realiza reunião semanal de discussões e revisão bibliográfica, um ciclo anual de seminários, além de projetos em conjunto, incluindo co-orientações envolvendo professores teóricos e experimentais. Os grupos de teoria também realizam regularmente estudos dirigidos e cursos avançados nos temas de Informação Quântica, Sistemas Quânticos Abertos, Óptica Quântica e Fundamentos de Mecânica Quântica. Os estudantes trabalham, ainda, em simulações tipo Monte-Carlo quântico e cálculos computacionais nos trabalhos envolvendo dinâmicas de sistemas abertos.

No Laboratório de Óptica Quântica são gerados estados de dois e de quatro fótons através do processo de óptica não-linear conhecido como conversão paramétrica descendente. Neste processo, um fóton de um feixe de laser (em geral no ultra-violeta, chamado de laser bombeador) pode dar origem a dois fótons de

freqüência menor (no infra-vermelho, comumente), ao incidir em um cristal com propriedades de simetria e susceptibilidade elétrica adequadas. Como bombeadores, são utilizados lasers de gás, como por exemplo, de Argônio (351 nm), Criptônio (413 nm) ou He-Cd (325 e 442 nm), lasers de diodo (405 nm), ou lasers pulsados de titânio-safira com dobramento de freqüência (aprox. 410 nm). A conservação da energia implica que a soma das freqüências centrais dos pares de fótons gerados seja igual à freqüência do feixe de laser. O mesmo processo de conservação na geração dos pares ocorre com o momento dos fótons. A soma dos vetores de onda dos fótons do par é aproximadamente igual ao vetor de onda do feixe do laser incidente no cristal. Fótons que satisfaçam estas duas condições de conservação podem ser gerados, produzindo feixes de luz especificamente orientados com relação à direção do feixe de laser. Os pares de fótons podem ser selecionados espacialmente através de orifícios colocados nos seus caminhos e filtros de freqüência posicionados na frente dos detectores. A freqüência central dos filtros e as posições dos orifícios são obtidas das equações de conservação de energia e momento, respectivamente. A seleção dos pares de fótons é feita também através da detecção em coincidência já que os fótons são gerados simultaneamente, dentro da incerteza temporal dada pelo inverso da largura em freqüência da curva de transmissão dos filtros [BURNHAM70]. Se a intensidade do laser bombeador for suficientemente alta, existe uma probabilidade não desprezível de que dois processos de conversão ocorram simultaneamente, gerando quatro fótons. Nesses casos, são necessários os lasers pulsados de titânio-safira com dobramento de freqüência. Como os experimentos são feitos no regime de baixo fluxo de fótons, os detectores de luz são módulos eletrônicos contendo um diodo de avalanche operando em modo "Geiger"e um formatador de pulsos. Sistemas eletrônicos auxiliares são utilizados para contagem e registro de pulsos eletrônicos em coincidência. As contagens simples de cada detector e as contagens em coincidência são enviadas para um computador que controla o experimento. Módulos de translação automatizados e controlados pelo computador podem também ser utilizados para o posicionamento preciso dos detectores e de diversos componentes ópticos durante os experimentos. Fibras ópticas são usadas para coletar e direcionar os fótons convertidos para componentes ópticos, tais como interferômetros, lentes, placas de onda, etc. Em geral, os experimentos consistem em medidas de correlação espacial e/ou temporal dos fótons em estados quânticos convenientemente preparados, medidas de correlação de polarização, bem como experimentos de interferometria óptica de segunda e quarta ordens. Todos os experimentos, sobretudo aqueles que envolvem a montagem de interferômetros, são realizados sobre mesas ópticas com amortecimento de vibrações montadas sobre pés pneumáticos. Para a geração de estados quânticos de dois ou de quatro fótons em espaços multidimensionais (qudits) e a caracterização desses estados, algumas técnicas desenvolvidas em nossos laboratórios são utilizadas. Por exemplo, a manipulação do perfil transversal do feixe do laser bombeador permite um controle fino das propriedades de correlação espacial de quarta ordem dos fótons. Lasers contínuos e de modo espacial único (geralmente TEM00) apresentam melhores propriedades de coerência espacial, e portanto são mais convenientes para a realização desses experimentos. Para a geração de estados de quatro fótons, é necessária a utilização de um laser pulsado de titânio-safira mode-locked. A utilidade desta fonte de luz para a realização de experimentos de informação quântica reside na sua alta potência de pico (tipicamente 20 kW). Com esta potência é possível gerar não somente cópias correlacionadas, mas também mais de dois fótons correlacionados.


Informação e Computação Quântica em nanoestruturas semicondutoras e átomos neutros – INFIS-UFU

As características de superposição e não-localidade dos estados na Mecânica Quântica formam a base de uma recente área do conhecimento, a teoria da Informação Quântica (IQ) [NIELSEN00]. Um dos principais focos desta teoria é entender como a Mecânica Quântica pode ser utilizada para melhorar a aquisição, transmissão e processamento de informação. Para tal tarefa, é indispensável o uso de estados de superposição e estados emaranhados [SCHRÖDINGER36].

O ingrediente básico para processar informação quântica é o bit quântico (ou qubit), que vem a ser o análogo quântico de um bit em um computador digital convencional. Exemplos físicos de bits quânticos que vem sendo estudados incluem níveis de energia isolados de um átomo [RAUSCHENBEUTEL99] ou de um ion armadilhado [DEMARCO02], os graus de liberdade de polarização de um fóton [GASPARONI04] e as projeções do spin eletrônico [LOSS98].

Independente do sistema físico ou da natureza do qubit usado na proposta de computação quântica (CQ), diversos aspectos físicos devem ser satisfeitos. Estes aspectos estão sintetizados nos critérios elaborados por DiVincenzo [DIVINCENZO00].

O primeiro destes critérios, a escalabilidade, pode ser alcançada utilizando sistemas do estado sólido, tais como nanoestruturas semicondutoras (NES) descritas por pontos quânticos, anéis quânticos, etc., e vapores de átomos condensados, como, por exemplo, condensados de Bose-Einstein (CBE) em redes ópticas. Motivado por este fato, o presente projeto de pesquisa visa estudar e implementar dispositivos de CQ em NES e CBE.

A partir da proposta realizada por Loss e DiVincenzo [LOSS98] de usar o spin do elétron confinado em um ponto quântico como qubit para a CQ, a área do estado sólido vem ganhando, nestes últimos anos, a atenção de muitos pesquisadores.

Já no contexto das propostas de implementação de CQ em átomos neutros, os trabalhos pioneiros de Calarco et al merecem especial atenção [CALARCO00,CALARCO02]. A realização das portas lógicas neste esquema consiste em controlar as colisões elásticas de modo a gerar fases condicionadas.

Contudo, além da escalabilidade dos candidatos a processadores quânticos, é necessário preservar a coerência dos estados quânticos de superposição. Alguns dos mecanismos utilizados para tentar contornar este problema, envolvem engenharia de interações [CARVALHO01] e fases geométricas [BERRY84].

A idéia principal da engenharia de interações é criar ambientes artificiais para um determinado subsistema através da interação com outros sistemas auxiliares e da adição de campos externos, de modo que é possível proteger um determinado estado de superposição ou um subespaço de estados. Com relação às fases geométricas, a robustez destas fases reside no fato destas dependerem apenas do caminho percorrido pelo vetor de estado do sistema no espaço de Hilbert e independerem da forma específica das interações contidas no Hamiltoniano do sistema. Neste sentido, parece bastante promissor para a CQ tolerante a erros utilizar fases controladas de caráter geométrico.

Portanto, ao lidar, em princípio, com sistemas escaláveis, resta-nos estudar os mecanismos que permitem o controle da coerência dos sistemas quânticos. Para tal, o estudo da dinâmica dos portadores de carga em NES e dos átomos nos CBE, ainda que sem levar em conta (inicialmente) os efeitos do reservatório, são de fundamental importância para a compreensão da evolução do sistema.


O trabalho experimental no Laboratório de Óptica Quântica da UFRJ utiliza a técnica de produção e detecção em coincidências de fótons gêmeos da conversão paramétrica descendente espontânea. Esta técnica tem sido amplamente empregada para o desenvolvimento de aplicações em comunicação quântica, computação quântica e testes experimentais de métodos para a detecção e quantificação de emaranhamento, além de estudos sobre a dinâmica do emaranhamento. Estes pares de fótons são chamados de gêmeos, porque nascem juntos e ao mesmo tempo. Esta propriedade foi de fato a primeira a ser investigada através de medidas de simultaneidade[BURNHAM70], e deram a pista que acabou levando à descoberta do emaranhamento entre eles. Inicialmente, o grau de liberdade dos fótons gêmeos, que mais atraiu a atenção dos pesquisadores, foi a polarização. Ela pode ser descrita da mesma forma que o spin 1/2 e por conta disto, foi possível fazer uma correspondência com experimentos que haviam sido propostos para o spin 1/2 e que ainda não haviam sido realizados. O objetivo destes experimentos era confrontar a teoria Quântica com teorias locais e realistas, usando a desigualdade de Bell[BELL64]. Vários experimentos foram feitos e várias configurações foram utilizadas, até que se chegou àquelas que são as mais comuns atualmente e produzem estados emaranhados na

polarização[WHITE99,KWIAT99] de altíssima pureza e fidelidade. Todos os experimentos realizados até o momento contribuíram para sustentar a Mecânica Quântica em oposição ao realismo local.

Várias aplicações dos estados emaranhados surgiram. Entre elas podemos destacar algumas que estão intimamente relacionadas à Informação Quântica. Começamos pela realização experimental do teletransporte quântico [BOUWMEESTER97]. O teletransporte de estados quânticos pode ser considerado uma das mais fundamentais operações lógicas da informação quântica. Outro experimento emblemático visando o emprego do emaranhamento para a melhoria da eficiência dos sistemas de comunicação, foi a realização do código denso[MATTLE96], que permite a transmissão de mais de um bit de informação em um único portador de um bit quântico. A comunicação quântica evoluiu rapidamente no campo da criptografia e também nesta linha de pesquisa, os fótons gêmeos têm um importante papel[EKERT91,JENNEWEIN00,URSIN07]. No campo da computação, destacamos a implementação de portas lógicas quânticas[DEMARTINI02], ainda utilizando estados emaranhados de polarização e a realização da computação quântica de via-única[WALTHER05,PREVEDEL07]. Esta última revolucionou o ainda embrionário conceito de computação com bits quânticos, através do emprego de medidas sobre estados emaranhados com vários fótons.

Apesar de todo o sucesso dos estados emaranhados em polarização, este grau de liberdade não é o único que pode ser preparado em estados emaranhados. O momento transversal dos fótons gêmeos, não apenas é emaranhado[RIBEIRO94, MONKEN98, SANTOS01, HOWELL04], como também não necessita de qualquer preparação especial, ao contrário da polarização. Esta é uma linha de investigação em que o nosso laboratório tem atuado nos últimos anos[ALMEIDA05, HUGUENIN05,WALBORN07] e que promete oferecer vantagens sobre a polarização, em tarefas de processamento da informação, pelo fato de ser um grau de liberdade contínuo e não discreto. Energia e tempo [FRANSON89], momento longitudinal [RARITY90], modos Hermite-Gaussianos [WALBORN05] e momento angular orbital[MAIR01,WALBORN04], são outros graus de liberdade que também podem ser emaranhados.

Finalmente, ainda temos a possibilidade de combinar dois ou mais graus de liberdade para preparar os estados hiperamaranhados, ou seja, que possuem emaranhamento em dois ou mais graus de liberdade. Estes estados foram utilizados na demonstração da destilação quântica de um estado emaranhado[CAETANO02], realização do controle de imagens quânticas[CAETANO03] e de interferência quântica [WALBORN03,NOGUEIRA04], realização da criptografia quântica com modos transversais [ALMEIDA06], medida direta de emaranhamento através do uso de cópias de um estado quântico[WALBORN06A] e o estudo experimental da “morte súbita” do emaranhamento[ALMEIDA07].

Além dos estados emaranhados, o laboratório tem atuado na proposição de novos sistemas de criptografia quântica, que podem funcionar com estados de um fóton, baseados nos graus de liberdade espaciais do fóton[ALMEIDA05,WALBORN06B].


O Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares (LaCAM) estará presente no projeto com duas de suas linhas de pesquisa: “computação quântica” e “átomos gêmeos”. A linha de computação quântica se iniciou em 2007 a partir do Instituto do Milênio de Informação Quântica, em sua segunda versão [CARVALHO07, CARVALHO08]. A de átomos gêmeos teve a mesma origem, mas no final de 2007 [MEDINA08]. A linha tradicional do LaCAM, que se refere ao estudo de íons positivos e negativos em feixes ou armadilhas e exemplificada em três artigos recentes [JALBERT06, JALBERT07, JALBERT08], não faz parte do presente projeto. (A) A Computação Quântica apresenta um lado bastante concreto para despertar tanto interesse, que é a conhecida Lei de Moore [BOURIANOFF03], segunda a qual a capacidade de processamento, ou números de processadores por chip, dobra a cada 18 meses. De fato, esse ritmo vem se mantendo aproximadamente constante há algumas décadas e, a continuar assim, a concentração de transistores levará a um inevitável cenário, onde efeitos quânticos se tornarão absolutamente importantes. Sob ponto de vista mais acadêmico a Computação Quântica surgiu a partir de questionamentos pioneiros, sobre o

conceito de informação e seu processamento, feito por Deutsch [DEUTSCH85] e Feynman [FEYNMAN82] entre outros. Além disso, a Computação Quântica é uma área de pesquisa que apresenta abordagens nas mais diversas áreas da Física, tais como, Física Atômica [MANDEL03], Física Nuclear [FUNG04] e Física do Estado Sólido [KANE00]. A razão disso é que ela está calcada nas idéias básicas da Mecânica Quântica, as quais se estendem sobre todos os ramos da Física Quântica.

Os trabalhos em Computação Quântica do nosso grupo têm sido desenvolvidos dentro do contexto da Eletrodinâmica Quântica de Cavidades, cuja sigla, em inglês, é CQED. A razão de estarmos trabalhando no âmbito da CQED reside na experiência de alguns membros do grupo nesta área, assim como no fato dos sistemas envolvidos, e suas interações, terem uma descrição relativamente simples. Tais sistemas podem servir de modelo para outros, aonde, no futuro, a Computação Quântica venha a se desenvolver na prática.

Temos procurado desenvolver propostas de sistemas experimentais factíveis, nos quais se possa realizar teleportação de estados quânticos de forma não probabilística. Em nossa abordagem, escolhemos o campo eletromagnético no interior das cavidades como sendo o sistema que contem a informação a ser armazenada e transmitida. Portanto, a transmissão de informação se processa através da teleportação do estado do campo.

A curto prazo, pretendemos desenvolver propostas que permitam implementar algoritmos básicos de computação [PITTENGER01], ou seja, o processamento da informação contida no estado do campo. A médio e longo prazo a nossa intenção é mais audaciosa. Acreditamos que a Computação Quântica irá se realizar na prática numa região de interface entre a Óptica Quântica e a Física de Estado Sólido envolvendo Pontos Quânticos. A manipulação das características físicas desse tipo de sistema, visando possíveis aplicações em Computação Quântica, já foi abordada por membros de nosso grupo [CARVALHO03]. Mas tratou-se de um trabalho preliminar originado no primeiro Instituto do Milênio de Informação Quântica, que pretendemos estender.

(B) O objetivo do trabalho com átomos gêmeos é estudar teórica e experimentalmente, a partir da fragmentação de uma molécula de hidrogênio, a produção de dois átomos “gêmeos”. A experiência já está em andamento no Laboratoire Aimé Cotton, na França [MEDINA08] e será montada no LaCAM, que já possui parcela importante dos equipamentos necessários. A experiência consiste num cruzamento de feixes de H2 frios (jato supersônico) [CAMPARGUE70] com elétrons [ROBERT90, FANO85] ou prótons, levando a fragmentação do H2 [MINIATURA92]. Posteriormente, o emaranhamento dos átomos gêmeos será verificado por interferometria Stern-Gerlach [BAUDON04].

Esse problema é de interesse não somente da área de Informação Quântica, mas também da Mecânica Quântica fundamental, pois se trata da evolução de um sistema físico no processo de geração de um estado emaranhado. É interessante traçar uma analogia com experiências recentes envolvendo fótons gêmeos [WALBORN06, ALMEIDA07]. No caso de fótons gêmeos, um sistema - um fóton de freqüência 2 - “fragmenta-se” em dois fótons de freqüência , cujo estado é descrito por um estado emaranhado dos dois fótons. O caso da fragmentação da molécula de H2, embora análogo, apresenta uma diferença fundamental: o processo de colapso pode ser descrito passo-a-passo usando a visão molecular da colisão atômica, no sentido da descrição com coordenadas de Eckart [ECKART34] do movimento dos átomos desde a explosão molecular até a região assintótica. Na escala de tempo e/ou comprimento com que trabalhamos, o sistema todo preserva a coerência. Em outras palavras: o projeto “Átomos Gêmeos (experiência e teoria)” consiste em explorar as condições para manter a coerência de spin entre dois fragmentos atômicos gerados a partir de um mesmo estado molecular.

A técnica experimental chamada “interferometria de Stern-Gerlach” já foi desenvolvida e aplicada com esta espécie atômica [BAUDON04]. Como a manipulação coerente de um estado quântico envolve uma

operação unitária (de forma a manter o estado normalizado), isso corresponde a um processo temporalmente reversível. Isso nos remete a questão levantada por Schwinger, Scully e Englert: “Is spin coherence like Humpty Dumpty?” [SCHWINGER88]. Tal questão é assim chamada em referência à cantiga inglesa que evoca a impossibilidade de reconstruir um ovo depois de ele ser quebrado. No nosso caso isso corresponderia à pergunta: “podemos reconstruir experimentalmente um estado molecular a partir de estados de átomos separados?". Esperamos com a nossa experiência mostrar, de uma nova maneira, a possibilidade de manipular coerentemente o estado de spin. Além disso, este tipo de experiência é também uma das variantes possíveis das propostas no âmbito do paradoxo EPR [EINSTEIN35], onde estudamos a correlação entre dois fragmentos de um mesmo corpo. Aqui as interações entre os fragmentos são de natureza eletrostática e os fragmentos são massivos, o que distingue esta experiência, entre outras coisas, das já propostas e realizadas com os fótons gêmeos.

Nosso objetivo teórico inicial é estudar a evolução da molécula excitada até sua fragmentação em dois átomos separados. Já foi notado que os métodos usuais, baseados no desenvolvimento de Born-Huang [BORN54], apresentam problemas que podem ser mais ou menos resolvidos pela aproximação eletro-rotacional de[DELOS81]. Nós propomos uma outra forma de aproximação; no método de Born-Oppenheimer [BORN27], a separação entre variáveis rápidas e variáveis lentas liga as variáveis rápidas aos elétrons e as variáveis lentas aos núcleos. Uma outra escolha foi proposta por C. Eckart em 1934 [ECKART34]; essa coordenada tem a propriedade de se dissociar “bem”, qualquer que seja a via de agrupamento entre as partículas, já que elas conduzem à resultados assintóticos exatos em todas canais de dissociação. Isto vem do fato de que as coordenadas de Eckart não estão associadas às partículas, mas aos elementos de inércia do sistema.

A colaboração com o grupo francês, apresentada neste projeto, foi delineada em 2007. A estudante de doutorado PDEE “Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro – Laboratório Aimé Cotton da Universidade Paris Sud-11” chegou ao LAC em setembro de 2007 com bolsa CAPES para um estagio de um ano. Os professores brasileiros Nelson de Castro Faria e Ginette de Castro Faria (nascida Jalbert) foram ao LAC para um estagio de 45 dias no inicio de 2008, o que fez começar verdadeiramente a colaboração e o professor francês Jacques Robert passou dez dias no Rio de Janeiro em julho de 2008, onde interagiu também com o professor Carlos Renato de Carvalho. A chegada ao nosso Instituto do pós-doutorando Fabio Zappa, após estágio de quase dois anos em um dos melhores centros mundiais de estudo de feixes de elétrons interagindo com a matéria (Prof. Tilmann Märk, em Innsbruck), completa o grupo.


O laboratório de átomos frios na UFRJ está no momento desenvolvendo uma nova técnica de armazenamento de átomos e moléculas paramagnéticas leves. A armadilha se baseia em trabalho realizado no laboratório com a produção de uma fonte criogênica de átomos à partir do crescimento de uma matriz de gás nobre e implantação de impurezas e sua posterior liberação por sublimação térmica[LAMBO07]. A técnica deve servir ao aprisionamento de átomos e moléculas leves, com massa menor que a do Neônio.

Atualmente, após uma proposta [DeMille02] para o uso de moléculas polares para Computação Quântica, há uma verdadeira corrida na obtenção de uma armadilha, seguindo essa linha, que sirva a esses propósitos. Questões como simplicidade, capacidade de aprisionar grande numero, capacidade de atingir o regime ultra-frio, e grande acesso ótico, são fundamentais para o desenvolvimento da técnica de trazer as moléculas polares à estatura de bons candidatos à computação quântica. No entanto, suas vantagens frente a átomos ou íons, dada a interação de longo alcance dipolo-dipolo controlável, bem maior que no caso atômico, mas bem menos restritiva (e controlável) que no caso iônico, tornam esse sistema altamente

interessante para ser avaliado, já que não se sabe ainda qual sistema conseguirá atingir os difíceis requerimentos impostos para o uso pratico de computação quântica.

Nosso sistema experimental proposto e em desenvolvimento atende aos requerimentos das questões acima. Identificamos, inicialmente, pelo menos duas moléculas interessantes por onde começar: os radicais OH e NH. Ambas possuem momento de dipolo magnético (da ordem de 1 magneton de Bohr), são polares, e possuem massa menor que 20 u.m.a. Ambas possuem transição ótica não muito difícil de ser explorada e uma delas (NH[Langford98]) já foi inclusive depositada em matrix de isolamento de gás nobre, parte inicial de nossa técnica. O projeto que segue centra em OH.

O projeto proposto consiste na construção de armadilha magnética/elétrica para OH, seguido pelo resfriamento evaporativo e posterior carregamento de uma rede ótica unidimensional num ambiente propício para manipulações de emaranhamento e informação quântica. Esse projeto será realizado com a colaboração do Prof. Luiz Marcassa, da USP-São Carlos, que produziu as primeiras moléculas heteronucleares ultra-frias à partir da fotoassociação de átomos em MOT[Mancini06]. O detalhamento segue mais abaixo.

Para o desenvolvimento do sistema, precisamos construir os laseres apropriados, as células e armadilhas, e usaremos um criostato de ciclo fechado que evita a complicação do uso de hélio liquido e torna o sistema mais “table-top”.

Grupo de Óptica Quantica e Informação Quântica – UFRJ

Computação quântica com impurezas doadoras em Silício

A busca por uma arquitetura de computação quântica escalável tem envolvido áreas que vão da ótica a sistemas atômicos e de matéria condensada. Achar sistemas físicos que permitam operações acuradas com portas inevitavelmente submetidas a ruídos, mesmo quando o número de q-bits se torne muito maior que um, tem sido um grande desafio ainda a ser superado. Dispositivos de estado sólido, particularmente aqueles baseados em Silício, têm atraído grande atenção devido à possibilidade de se beneficiarem da tecnologia de microeletrônica existente. No Silício, spins eletrônicos e nucleares de impurezas doadoras rasas são candidatos ideais para q-bits por apresentarem tempos de descoerência longos, devido a sua interação limitada com o meio-ambiente. Nesse contexto, a importante proposta de Kane [KANE98] de computação quântica usando o spin nuclear de impurezas de Fósforo em Silício como q-bits levou a uma intensa atividade de pesquisa nesse campo. Infelizmente mostrou-se que a manipulação e a detecção dos q-bits nesse sistema era extremamente difícil [KANE00], além de se exigir uma precisão em escala atômica no posicionamento das impurezas [KOILLER02]. Devido a essas dificuldades , o desenvolvimento de dispositivos escaláveis para computação quântica baseados nesse material tem tido pouco progresso. Na UFRJ, desenvolvemos uma proposta que supera as dificuldades citadas acima [ABANTO08], combinando uma arquitetura de computação quântica baseada em doadores em Silício, onde os q-bits são codificados nos subníveis Zeemam do estado fundamental das impurezas doadoras, com processos óticos de inicialização, manipulação e detecção já demonstrados em íons aprisionados e outros sistemas atômicos. Nessa proposta, a matriz de Silício forma uma cavidade para o campo eletromagnético e as operações de dois q-bits são mediadas pelo vácuo de um modo do campo eletromagnético da cavidade. Em particular, mostramos que a exigência de altíssima precisão no posicionamento das impurezas é relaxada. Tal proposta acaba de ser submetida para publicação. Pretendemos desenvolver essa proposta mais detalhadamente, realizando uma análise mais completa de todas as possíveis fontes de erro que possam prejudicar a real escalabilidade da mesma e propondo possíveis melhorias que possam eliminar ou controlar tais fontes de erro.. Pretendemos, também, iniciar o estudo da implementação de algoritmos de correção de erro nesse sistema concreto. É importante ressaltar que essa proposta tem todos os ingredientes que permitem que se realize com impurezas

implantadas em uma matriz de Silício a maior parte dos processos físicos atualmente implementados em íons aprisionados, com a vantagem de que um número muito grande de impurezas pode ser implantado na matriz de Silício, não necessitando de nenhum tipo de armadilha para que fiquem em suas posições fixas. Como exemplo de outra aplicação desse sistema na área de Informação Quântica, podemos citar a geração controlada de pares de fótons emaranhados. Um esquema para tal geração está sendo desenvolvido no grupo teórico da UFRJ.

Emaranhamento em variáveis contínuas

O emaranhamento é um recurso essencial no desenvolvimento de tarefas no campo da informação quântica. Em particular o emaranhamento em variáveis contínuas é de particular importância se consideramos que várias tarefas em informação quântica são otimizadas usando espaços de Hilbert de dimensão alta. No entanto, o estudo do emaranhamento em VC está menos desenvolvido que o estudo do emaranhamento em sistemas cujos espaços de Hilbert são de dimensão finita. Assim, por exemplo, ainda não existe nenhum quantificador confiável de emaranhamento em sistemas de VC válido para qualquer estado. No entanto, sim existem vários critérios de emaranhamento para sistemas de VC. Em linhas gerais estes critérios podem ser catalogados como sendo de dois tipos: aqueles que usam só momentos de segunda ordem nas variáveis contínuas canonicamente conjugadas e aqueles que usam momentos de ordem superior. Nesta linha de pesquisa estamos interessados em encontrar que propriedades físicas do estado emaranhado (como por exemplo ``squeezing’’ em alguma quadratura) poderiam estar associadas ao fato do emaranhamento ser detectado com critérios de segundo momento ou não. Os estudos teóricos a serem desenvolvidos visarão a sua verificação experimental no Laboratório de Óptica Quântica do IF da UFRJ usando os graus de liberdade espaciais transversais dos fótons gêmeos da CPD. É interessante observar que o tipo de correlações quânticas contidas no estado emaranhado dos modos transversais dos fótons gêmeos gerados na CPD dependem do espectro angular do feixe de bombeamento. Assim, mudando este espectro angular é possível produzir diversos tipos de estados emaranhados de variáveis continuas inclusive estados com correlações do tipo EPR como foi mostrado recentemente [HOWELL04]. Esta flexibilidade faz da CPD um ``campo de teste’’ experimental ideal das propriedades de emaranhamento em variáveis contínuas. Neste mesmo contexto, pretendemos analisar mais detalhadamente a propagação das correlações quânticas nos modos espaciais transversais de fótons gêmeos gerados na conversão paramétrica descendente (CPD). No caso dos modos de variáveis contínuas (VC) transversais dos fótons gêmeos, o emaranhamento é em geral detectado com medidas de correlação de intensidades no campo próximo (imagem) e no campo distante (transformada de Fourier), sendo que nas regiões intermediárias acontece um efeito de ``migração’’ do emaranhamento para a fase da função de onda dos fótons [CHAN07]. Recentemente [TASCA08], mostramos teórica e experimentalmente uma estratégia para detectar emaranhamento nas regiões de propagação intermediárias somente com medida de intensidades. O trabalho envolve a aplicação experimental dos recentemente desenvolvidos critérios de separabilidade [DUAN00,MANCINI02] para sistemas bipartidos de variáveis contínuas no contexto da óptica. Este foi o primeiro passo para um estudo geral da propagação das correlações quânticas contidas no estado emaranhado dos modos espaciais transversais dos fótons gêmeos. Este estudo será desenvolvido no contexto da propagação dos fótons gêmeos através de sistemas ópticos lineares arbitrários, os quais podem ser tratados teoricamente com o auxílio da chamada Transformada de Fourier Fracional (FRFT).

Emaranhamento e descoerência em sistemas quânticos abertos

O emaranhamento é tido como um recurso essencial para a implementação de vários esquemas de computação e informação quânticas. Por esse motivo, é de extrema importância estudar o emaranhamento de sistemas quânticos em condições realísticas, onde a interação com o meio-ambiente faz com que o sistema quântico perca coerência. Somente recentemente atividades de pesquisas nesta direção foram

iniciadas por vários grupos em todo o mundo. A maior parte destes trabalhos se focaliza em estimativas do tempo de separação, isto é, o tempo após o qual um estado inicialmente emaranhado se torna separável. Até agora, somente classes específicas de estados emaranhados iniciais têm sido consideradas, e não existe uma abordagem geral que permita um entendimento genérico do processo de desemaranhamento de um sistema acoplado ao meio-ambiente (em particular para um número variável de componentes do sistema, uma questão extremamente importante em vista dos requisitos de escalabilidade para qualquer tipo de processamento de informação quântica). Além do mais, como as vantagens do processamento quântico de informação geralmente acontecem quando esse processamento é feito em larga escala, é imprescindível que se entenda como o desenmaranhamento escala com o numero de partículas em um sistema multipartite. Neste contexto, talvez mais importante que o tempo de desaparecimento do emaranhamento, seja a quantidade de emaranhamento ainda presente em um dado instante da evolução de um sistema sob ação de descoerência. Recentemente [AOLITA08] o grupo de Ótica da UFRJ apresentou uma análise do decaimento do emaranhamento em estados GHZ generalizados de N partículas, interagindo com reservatórios independentes. Uma lei de escala para o decaimento do emaranhamento foi obtida para diversos tipos de reservatórios. Em particular, mostrou-se que o emaranhamento torna-se arbitrariamente pequeno, e portanto, sem utilidade, em um tempo inversamente proporcional ao numero de partículas. Dada a importância desse resultado, pretendemos estender tal análise para classes mais gerais de estados. Como um exemplo podemos citar os estados “cluster” que são os ingredientes fundamentais da chamada computação quântica “one-way”. A analisa da robustez dos estados “cluster” diante da ação deletéria de diversos tipos de ambientes é extremamente importante para a possível implementação em larga escala da computação quântica “one-way”. Pretendemos, também, em colaboração com o laboratório de Ótica Quântica da UFRJ, apresentar propostas que permitam o estudo experimental, com fótons gêmeos, da ação de diversos tipos de ambientes sobre certas classes de estados emaranhados. Com esse mesmo sistema experimental, pretendemos, também, realizar a geração e detecção de estados com emaranhamento ligado (“bound entanglement”) que, mostramos 1, podem aparecer no decaimento de estados GHZ generalizados de muitas partículas.

Do ponto de vista de aplicações práticas de esquemas de computação e informação quânticas, a criação controlada de emaranhamento em sistemas de muitas componentes está ainda na infância, somente pequenos números de partículas tem sido emaranhados em uma forma controlada, pela geração, por exemplo, de estados maximamente emaranhados específicos, como os estados GHZ ou W. Quando o número de partículas cresce, a fidelidade da preparação do estado decresce e os estados gerados experimentalmente são geralmente misturas estatísticas. Então a determinação do conteúdo de emaranhamento de sistemas de N partículas torna-se um problema cada vez mais não trivial. Em primeiro lugar, a situação atual da teoria sugere que a matriz densidade total seja conhecida para realizar esta tarefa. No laboratório isto é alcançado pela tomografia quântica que, entretanto, implica um número exponencialmente crescente de recursos experimentais, o que provavelmente se tornará proibitivo quando o tamanho do sistema cresce (isto é, entretanto, um objetivo central se desejamos explorar o potencial do “paralelismo quântico”). Dada a matriz densidade, deve-se decidir que componentes estão emaranhados, e se existem subsistemas que possam ser separáveis de um conjunto emaranhado de subsistemas. Para este propósito ferramentas analíticas robustas são necessárias, que não somente identifiquem e quantifiquem o emaranhamento entre componentes específicas dos sistema, mas também permitam uma estimativa de erro, dando a necessariamente finita precisão da medida experimental. Gostaríamos de concentrar nossos esforços na tentativa de dar contribuição para a solução de duas classes de problemas bastante complexos e de grande importância:

1. A identificação de medidas que quantifiquem o emaranhamento de subgrupos específicos de um dado sistema quântico de muitas componentes, possivelmente uma mistura estatística de estados quânticos, e que possa ser comprovada experimentalmente.

2. A derivação de uma equação geral de movimento para o emaranhamento de um dado estado quântico, no caso de uma dinâmica hamiltoniana arbitrária, e possivelmente generalizar para conter o acoplamento incoerente com o ambiente.

Descoerência produzida por graus de liberdade caóticos

Nas condições de temperatura e vácuo na qual os computadores quânticos funcionariam, é de se esperar que o acoplamento com o ambiente externo seja muito pequeno. Nestes casos a descoerência sofrida nesses sistemas seria principalmente devida a interações aleatórias com poucos graus de liberdade do “ambiente próximo” ou com o detector. Assim é interessante analisar como um sistema quântico pode perder coerência quando acoplado a poucos graus de liberdade que tenham algum grau de ``aleatoriedade’’, visando responder por exemplo se a perda de coerência é completa ou parcial, se existe a probabilidade de retorno de coerência e como depende a taxa de descoerência com o grau de aleatoriedade do sistema.

Um caso particular deste problema geral consiste em estudar o acoplamento entre dois sistemas quânticos com poucos graus de liberdade, onde um é tratado como sistema de interesse e o outro como ``reservatório’’ . A ``aleatoriedade’’ pode ser simulada considerando que o sistema ``reservatório’’ tem uma dinâmica clássica subjacente caótica. Além de investigar esse problema teoricamente, pretendemos analisar a possibildade de testar experimentalmente os resultados a serem encontrados usando os modos espaciais transversais da propagação de um feixe de luz laser na aproximação paraxial.

Emaranhamento e não-localidade quântica

Embora os conceitos de emaranhamento e não-localidade tenham nascido juntos, no começo da teoria quântica, com o recente desenvolvimento da informação quântica as suas diferenças e a relação entre eles começou a ser esclarecida. De fato, a definição formal de emaranhamento usada na literatura provêm de um artigo que mostra que alguns estados emaranhados admitem modelos de variáveis ocultas locais [WERNER89].

Uma abordagem para o estudo desta relação é através do uso da transposição parcial, usualmente utilizada como detetor de emaranhamento.A transposição parcial e a não localidade são conceitos dissimiles, e existe na literatura uma grande especulação a respeito da ligação entre eles. Em particular, Asher Peres, um dos maiores pesquisadores na área da informação quântica, conjecturou que talvez os estados com transposta parcial positiva nunca apresentassem não-localidade [PERES99]. Esta conjectura só foi provada para alguns casos particulares, o mais geral sendo aquele apresentado em [WERNER01]. Em colaboração com Daniel Cavalcanti e o Professor Antonio Acín, do Instituto de Ciências Fotónicas de Barcelona (ICFO), o grupo de Óptica da UFRJ abordou prova desta conjectura para o caso de variáveis continuas, de grande utilidade no processamento de informação quântica e, portanto, de muita relevância, tanto teórica como prática. A prova foi publicada em [SALLES08].Estes estudos continuam em colaboração com Daniel Cavalcanti, Antonio Acín, e Michael Wolf, professor no Instituto Niels Bohr em Copenhague. Foi já criado um formalismo abstrato geral para enquadrar desigualdades de Bell (detetores de não-localidade), e uma prova bastante geral da conjectura de Peres. Atualmente as aplicações desse formalismo estão sendo estendidas.


Propostas baseadas em matéria condensada no contexto de informação e computação quântica são atraentes devido à possível escalabilidade destes sistemas, bem como devido ao potencial de utilização da tecnologia e dos recursos de infraestrutura já existentes para o desenvolvimento de dispositivos convencionais. A presente proposta visa dar continuidade a estudos já em andamento em arquiteturas de

computação quântica baseadas em silício, bem como dar início ao estudo de emaranhamento no contexto de Hamiltonianas-modelo em Física da Matéria Condensada e Mecânica Estatística.

Propostas de computação quântica utilizando spins eletrônicos em semicondutores tiveram início com estudos teóricos mostrando que portas lógicas universais [BARENCO95] poderiam ser implementadas através de operações físicas envolvendo elétrons individuais ligados a uma cadeia de pontos quânticos [LOSS98, BURKARD99] ou de doadores [KANE98]. O spin de cada elétron serve como um único bit quântico (q-bit) devido à dinâmica de 2-níveis do spin, com a interação (eletrostática) quântica de troca sendo utilizada para emaranhar os q-bits através das chamadas “portas de troca” (exchange gates).

Estudamos as operações elementares de 1 e 2 q-bits envolvidas na computação quântica baseada em doadores rasos em Si [KANE98], levando em consideração as peculiaridades da estrutura eletrônica do Si, em particular a degenerescência do mínimo da banda de condução. Mostramos que a interferência quântica entre estes estados afeta operações envolvendo um único doador na vizinhança de uma interface [MARTINS04, CALDERON08], e leva a oscilações no acoplamento de troca entre q-bits de spin [KOILLER01] e no acoplamento via tunelamento de q-bits de carga [KOILLER06] quando a posição relativa do par é modificada na escala de distâncias da ordem do parâmetro de rede. Estes efeitos impõem precisão na nano-fabricação da arquitetura de Kane acima das atuais possibilidades experimentais. Nossos estudos ilustram as potencialidades bem como os enormes desafios envolvidos na implementação de q-bits de spin e carga em Si.

Nos últimos anos, tem havido um grande interesse da comunidade de Informação Quântica em sistemas de matéria condensada e mecânica estatística. Em particular, no estudo do emaranhamento em sistemas de muitos corpos [AMICO2008,VEDRAL2008] e seu comportamento nas transições de fase [OSTERLOH2002,VIDAL2003]. A presença de flutuações quânticas em um sistema com um número muito grande de constituintes leva a transições de fase caracterizadas por comportamentos singulares de parâmetros de ordem. Em alguns sitemas físicos, já foi mostrado que diferentes medidas de emaranhamento também apresentem comportamentos singulares [OSTERLOH2002, ANFOSSI2005] .

Por outro lado, transições de fase em sistemas quânticos inomogêneos apresentam aspectos bastante distintos daqueles encontrados em seus equivalentes homogêneos. Por exemplo, notamos que quando estas inomogeneidades apresentam regularidades, como estrutura de camadas, o arranjo magnético e a distribuição de carga são muito mais sensíveis à dopagem do que no caso homogêneo [MALVEZZI2002,MALVEZZI2006]. E, no caso de impurezas aleatórias em supercondutores bi-dimensionais, verificamos um aumento no ordenamento para baixas concentrações de impurezas [HURT2005,MONDAINI2008].

Recentemente foi identificada a presença de emaranhamento ligado (em oposição ao emaranhamento livre) em sistemas de muitos corpos [TOTH2007, FERRARO2008]. Como o emaranhamento livre é fundamental para a IQ, nos propomos a estudar, no contexto de IQ, como diferentes inomogeneidades afetam o tipo de emaranhamento em sistemas de matéria condensada. Alguns desses resultados poderão ser testados experimentalmente em sistemas de spin, atráves do uso de testemunhas de emaranhamento [TOTH2007,RAPPOPORT2007]. O grupo de matéria condensada tem experiência no estudo de transições de fase em sistemas quânticos e detém uma diversidade de técnicas analíticas (como teorias de escala e grupo de renormalização) e numéricas (simulações de Monte Carlo Quântico, Density-matrix Renormalization Group, método de Lanczos, método de campo-médio de Bogoliubov-de-Gennes) que serão empregadas nesse estudo e estarão disponíveis para possíveis colaborações teóricas dentro do Instituto.


Os principais temas a serem abordados em nosso grupo envolvem o estudo do emaranhamento em estados quânticos de variáveis contínuas e as correlações quânticas espaciais em sistemas ópticos. Do ponto de vista teórico, os critérios de inseparabilidade para estados gaussianos de variáveis contínuas foram obtidos em [DUAN00] e [SIMON00]. Mais recentemente, diversos avanços têm sido realizados na caracterização teórica da manipulação, destilação e utilização do entrelaçamento de variáveis contínuas (para uma revisão, v. [EISERT03] e [BRAUNSTEIN03]).

Uma demonstração experimental de emaranhamento em variáveis contínuas foi realizada em [BOWEN02], utilizando um par de feixes luminosos, emitidos por dois osciladores paramétricos ópticos (OPO), preparados em estados comprimidos. Recentemente, uma distribuição segura de chaves criptográficas utilizando estados coerentes foi realizada experimentalmente em [GROSSHANS03]. O controle das correlações quânticas espaciais em um feixe de luz foi utilizado para demonstrar a realização de uma medida de posicionamento por laser, com sensibilidade superior ao limite imposto pela natureza quântica da radiação [TREPS03]. Neste trabalho, eles obtiveram um nível de ruído inferior ao ruído balístico (shot noise) nas correlações espaciais produzidas pelos feixes gerados por dois OPOs. Estes resultados trazem uma perspectiva importante para as potenciais aplicações dos estados comprimidos do campo eletromagnético.

No trabalho a ser desenvolvido no Laboratório de Óptica Quântica do IF-UFF daremos prosseguimento à linha de pesquisa implantada durante a vigência do Instituto do Milênio de Informação Quântica. Nesta linha empregaremos feixes portadores de momento angular orbital (MAO) para bombear e injetar um OPO. Este tipo de estudo tem por finalidade agregar graus de liberdade adicionais aos feixes emaranhados produzidos pelo OPO a fim de produzir hiper-emaranhamento e implementar protocolos de informação quântica. O emaranhamento em MAO foi demonstrada na conversão paramétrica espontânea em [MAIR01]. Contudo, muito pouco foi feito até o momento sobre a dinâmica do MAO em OPOs. Neste tema temos uma contribuição pioneira com primeira demonstração da transferência de MAO do feixe de bombeamento para os feixes convertidos [MARTINELLI04, COUTINHO08].

Uma outra linha a ser desenvolvida paralelamente à anterior envolve a utilização dos graus de liberdade de polarização e MAO de fótons individuais para implementar protocolos de transmissão e processamento de informação quântica. Nesta linha pretendemos desenvolver um estudo sobre a tomografia de processos quânticos, conforme proposto em recente trabalho teórico do Prof. Juan Pablo Paz da Universidade de Buenos Aires (UBA). Nossas contribuições recentes para esta linha envolvem a demonstração experimental de uma fase topológica associada a transformações spin-órbita da luz [SOUZA07]. Também realizamos a implementação de um protocolo de criptografia quântica utilizando os graus de liberdade de polarização e MAO de um feixe luminoso. A utilização conjunta dos dois graus de liberdade permitiu a implementação de um protocolo do tipo BB84 sem a necessidade de um sistema de referência de alinhamento comum aos interlocutores [SOUZA08].Também fazemos pesquisa teórica mais direcionada aos fundamentos da computação quântica. Entre outros temas, estudamos critérios de classicalidade baseados em distribuições de quasi-probabilidade [CORMICK06], o uso de operadores pseudo-aleatórios em computação quântica [HARROW08], e modelos alternativos de computação quântica, como o modelo baseado em medidas [RAUSSENDORF02].


Temos como objetivo investigar propostas de computação quântica com propriedades intrínsecas de resistência a decoerência. O contato do sistema quântico com o ambiente externo faz com que suas superposições quânticas se delocalizem devido ao emaranhamento (resultante da interação sistema + ambiente) dos graus de liberdade do sistema com os graus de liberdade do ambiente. Esse

emaranhamento pode fazer com que as superposições presentes orignalmente no sistema sejam efetivamente perdidas, levando-o à transição do regime quântico para o regime clássico [JOOS03, ZEH05]. Esse processo, conhecido como decoerência, é hoje um grande desafio à implementação de tecnologias baseadas em informação quântica, o que tem motivado uma grande quantidade de grupos de pesquisa a estudarem metodologias de processamento da informação quântica que possam fornecer propriedades naturais de resistência a erros provocados pelo ambiente externo. Exemplos de tais metodologias são fornecidos pela computação quântica adiabática (CQA) [FARHI01], computação quântica geométrica (CQG) [ZANARDI99, JONES00], computação quântica topológica (CQT) [KITAEV03], dentre outras propostas. Recentemente, esses mecanismos de computação quântica têm motivado uma série de desenvolvimentos teóricos e experimentais, gerando um quadro promissor para as expectativas de seu uso na implementação realística de processadores de informação quântica. Além disso, tais metodologias trazem a pesquisa em informação quântica para uma linguagem mais física, contribuindo para a multidisciplinaridade do assunto e possibilitando a descoberta de novos caminhos e propostas para o avanço da área. Nesse contexto, temos trabalhado em colaboração com pesquisadores de Instituições diversas, produzindo várias contribuições ao tema (para resultados recentes ver, por exemplo, Refs [SARANDY05-1, SARANDY05-2, SARANDY06, SARANDY07, SARANDY08]).

Como um tema relacionado, essa linha de pesquisa também tem como foco o estudo da disponibilidade natural de emaranhamento quântico em sistemas de matéria condensada, bem como a utilidade desse emaranhamento no limite termodinâmico e em um regime de decoerência. Entre tópicos de interesse, tem-se estudado o papel do emaranhamento em sistemas críticos quânticos e o comportamento de estados emaranhados em transições de fases. Nessa direção, destacam-se entre nossas contribuições recentes as Refs [SARANDY04, SAGUIA07, ALCARAZ08].


Nossas linhas de pesquisa principais são: (i) construção de teorias semiclássicas para a evolução de sistemas quânticos abertos; (ii) geração de emaranhamento por sistemas dinâmicos.

Teoria Semiclássica de Sistemas Quânticos Abertos.

Nos últimos anos muitos estudos foram dedicados à propagação semiclássica de pacotes de onda gaussianos em conexão com o problema da descoerência induzida pelo ambiente [ZUREK94, MONTEOLIVA00, MONTEOLIVA01, ZUREK03, PATTANAYAK03, GREENBAUM05, BIANUCCI02, TOSCANO05]. Dependendo dos valores dos parâmetros (do sistema, ambiente, acoplamento) diferentes regimes de descoerência podem ser observados. Particularmente interessantes são os casos onde a entropia de Von Neumann cresce linearmente no tempo, com uma taxa dada pelo expoente de Lyapunov do sistema, independente da intensidade do acoplamento [ZUREK94, BIANUCCI02]. Este comportamento foi explicado por Zurek e Paz usando argumentos semiclássicos bem simples. Zurek e Paz apontaram (i) a ação de esticamento e dobra característico da dinâmica caótica clássica, que cria padrões de interferência na função de Wigner, junto com (ii) a ação difusiva do reservatório, que apaga essas interferências, como sendo os mecanismos básicos responsáveis pelo crescimento linear da entropia. Os trabalhos subsequentes de Monteoliva e Paz refinaram e estenderam esses argumentos, mas sem chegar a desenvolver uma teoria semiclássica quantitativa [MONTEOLIVA00, MONTEOLIVA01].

A teoria padrão para descrever evolução em regimes semiclássicos é a teoria WKB dependente do tempo (TDWKB) [VANVLECK28, DIRAC, BERRY79]. Esta teoria fornece uma descrição geométrica da

dinâmica clara e simples: um estado quântico dependente do tempo é associado a cada instante com uma variedade (lagrangiana) do espaço de fases clássico. Porém, para poder usar TDWKB o estado inicial deve também estar relacionado com uma variedade lagrangiana. Esse é o caso, e.g., dos autoestados do operador posição ou momento (relacionados a planos), ou estados ligados altamente exitados de hamiltonianos integráveis (relacionados a toros). Claramente, um estado gaussiano (o estado fundamental de algum oscilador harmônico) não entra na categoria dos estados WKB. Nós mostramos recentemente [MAIA08] que, para um sistema fechado, e se a dinâmica for caótica,TDWKB realmente pode ser aplicada para evoluir estados gaussianos. O ponto chave é que quando há caos, existe uma fase inicial de esticamento ao longo da variedade instável. Depois de um tempo esta variedade se transforma no suporte lagrangiano necessário para aplicar TDWKB. Este esquema, além de oferecer uma descrição geométrica da dinâmica, resulta também numericamente acurada. A interação com o ambiente é facilmente incluida neste esquema no caso difusivo (usando uma descrição em termos de trajetórias quânticas) [MAIA08]. Estender esta teoria para descrever também o caso dissipativo (operadores de Lindblad não hermitianos) será um dos nossos próximos objetivos.

Efeitos markovianos de descoerência podem ser introduzidos no esquema TDWKB, valendo-se de um espaço de fases duplo. No caso de um estado puro inicial apoiado em uma superfície lagrangiana, a teoria geral em [OZORIO07] inclui dissipação, além de difusão e descoerência. Este também é o caso de nosso trabalho mais recente [BRODIER08], que trata da evolução de estados gaussianos iniciais, enquanto permanecem localizados no espaço de fases (duplo). Nosso objetivo imediato será investigar a estabilidade desses estados localizados no espaço de fases duplo, mas que podem estar emaranhados, quando inicialmente vizinhos a um ponto de equilíbrio não clássico. Esta possibilidade surge em sistemas abertos, cuja hamiltoniana for não-quadrática.

A propagação semiclássica de pacotes Gaussianos pode também ser descrita através de integrais de caminho na representação de estados coerentes [KLAUDER85, BARANGER01]. Nesse caso os caminhos estacionários são soluções complexas das equações de Hamilton, levando novamente a um espaço de fases duplicado e com duas constantes de movimento. Nosso interesse é em sistemas de poucos graus de liberdade acoplados a um conjunto grande mas finito de osciladores, representando o ambiente externo. Esses problemas podem ser resolvidos numericamente com aproximações do tipo frozen gaussian [WANG04,SHALASHILIN04] e com o uso de métodos de Monte Carlo. Essas técnicas, no entanto, não permitem uma compreensão analítica dos processos envolvidos. Pretendemos tratar a dinâmica de pacotes de onda nesse tipo de problema via órbitas complexas, focalizando nas questões de descoerência e dissipação quando o sistema de interesse é caótico ou regular. A relação entre os espaços de fases complexos que aparecem aqui com os espaços duplos da TDWKB é também tema de nosso interesse.

Uma vez desenvolvida a teoria semiclássica, contaremos com uma ferramenta analítica para re-examinar a transição clássico-quântica na dinâmica de pacotes de onda [PATTANAYAK03, TOSCANO05, GREENBAUM05 ,GREENBAUM07,RIBEIRO04]. Em particular, é possível que a existência de um esqueleto clássico bem definido seja a razão da existência de certas leis de escala que controlam os tempos característicos da transição [PATTANAYAK03, TOSCANO05].

Nessa linha de explorarmos a existência de diferentes estruturas clássicas no espaço de fase para auxiliar o entendimento da dinâmica quântica de emaranhamento, podemos ir ainda além. O estudo de transições de fase quânticas (TFQ) que ocorrem à temperatura nula como função de parâmetros do Hamiltoniano quântico mostrou que sistemas cujo análogo clássico apresenta bifurcações do ponto de equilíbrio estável (de mínima energia) apresenta TFQ e o emaranhamento apresenta comportamento singular no limite de N grande [HINES05, NEMES06]. Recentemente, mostramos que ao contrário do que alguns autores haviam conjecturado - de que uma quebra de simetria e surgimento de caos no análogo clássico estaria por trás da mudança da ordem da TFQ de primeira para segunda -, um sistema com quebra de simetria e caos pode

preservar a ordem da transição de fase [CHAGAS08]. No contexto de sistemas quânticos abertos pretendemos estudar a influência do reservatório no regime crítico sobre as propriedades dinâmicas dos q-bits centrais [QUAN2007,KHVESHCHENKO2003], ou seja, como a dinâmica do emaranhamento e da pêrda de coerência é afetada se o reservatório está altamente emaranhado e deixaria pouca possibilidade de emanhamento com os q-bits centrais (monogamia de emaranhamento). O sistema crítico que consideraremos será o modelo de Dicke [DICKE54].

Evidentemente, nosso grupo desenvolve linhas convergentes, visando atingir uma visão qualitativa global da evolução não linear de sistemas markovianos, ao mesmo tempo, capaz de produzir resultados quantitativos acurados no limite semiclássico. Pretendemos, nesta próxima fase, desenvolver generalizações com órbitas complexas do TDWKB markoviano de modo a incluir tunelamento no formalismo.

Geração dinâmica de emaranhamento

A determinação de leis de crescimento do emaranhamento para estados puros de sistemas bipartidos que evoluem unitariamente a partir de estados iniciais não emaranhados, seja com tempo discreto ou contínuo, é um problema de interesse geral na área de Informação Quântica e Computação Quântica. Se o sistema não for pequeno demais, e para acoplamento fraco entre subsistemas, o quadro qualitativo geral é o seguinte. O emaranhamento cresce suavemente a partir de zero, possivelmente com oscilações, até chegar a um regime assintótico caracterizado por pequenas flutuações em torno de um valor de equilíbrio. Porém quando queremos ser mais quantitavos, notamos que, de fato, existe uma fenomenologia muito rica. Não é só o fato do limite clássico da dinâmica ser caótico ou integrável que determina a lei de crescimento do emaranhamento [FURUYA98,ANGELO01]; outros parâmetros do sistema jogam um papel importante, por exemplo, as dimensões dos subsistemas, a força do acoplamento, o estado inicial, a janela de tempos, etc. Nós já estudamos o regime de tempos muitos longos, i.e., o regime de equilíbrio. Mostramos que se a dinâmica clássica for caótica no espaco de fases do sistema completo, logo, em concordância com a conjectura de Bohigas-Giannoni-Schmit, a Teoria das Matrizes Aleatórias descreve satisfatoriamente os aspectos mais importantes da distribuição de entropias assintóticas [ABREU06, VALLEJOS06, ABREU07].

Para entendermos a primeira fase, da relaxação ao equilíbrio, devemos incluir o acoplamento explicitamente no modelo. Analisaremos o problema de dois q-bits interatuando através de uma porta arbitrária e acoplados a reservatórios independentes. (Deve-se notar que o acoplamento de dois mapas do padeiro, desenvolvida em [VALLEJOS06], também pode ser interpretada como um primeiro exemplo deste tipo de sistema aberto.) A porta de dois q-bits é fixa, e a interação entre q-bits e reservatórios será modelada com portas aleatórias (eg., do ensemble CUE de matrizes aleatórias unitária). Uma pergunta interessante é: Como o poder emaranhador do sistema completo depende do poder emaranhador da porta de dois q-bits? Outro objetivo é achar uma relação entre a taxa de crescimento da entropia (quando o esquema é iterado no tempo) e as propriedades da porta de dois q-bits.


O processamento da informação quântica, quer para fins de computação ou para comunicação, pode levar a uma nova revolução tecnológica, ainda no Século 21. Tendo surgido no início dos anos 1980, a Computação Quântica e a Informação Quântica [NIELSEN01] evoluíram rapidamente tanto como uma área de investigação básica na física, como uma promessa de alternativa para a tecnologia da informação [SPILLER06, ZOLLER05].

No campo da física básica, a Computação Quântica e a Informação Quântica catalisaram um imenso número de novos resultados que aprofundaram nossos conhecimentos sobre processos de decoerência de estados quânticos, sobre novos fenômenos quânticos, como o teleporte, e sobre os mais variados sistemas físicos (sistemas óticos, armadilhas atômicas, supercondutores, pontos quânticos, spins nucleares, etc.) onde as muitas idéias teóricas têm sido testadas [CHUANG98- BRIKMAN05]. Ela também aprofundou a nossa compreensão sobre a própria Mecânica Quântica, como por exemplo, na re-interpretação do Princípio da Incerteza [LLOYD00]. Particularmente excitantes são os novos fenômenos e as aplicações do chamado emaranhamento quântico, um recurso natural para a computação e a comunicação, de natureza inteiramente quântica. No campo das aplicações, a descoberta de algoritmos quânticos ultra-rápidos [SHOR04] e de novas formas de comunicação [BENNETT93,BENNETT92] e criptografia [GISIN02] levaram a um notável desenvolvimento experimental, onde cada uma daquelas aplicações têm sido testada em sistemas diversos em pequena escala. As primeiras aplicações tecnológicas comercializáveis já começaram a aparecer [MAGICQ, IDQUANTIQUE, SMARTQUANTUM].

No entanto, o desenvolvimento de aplicações comerciais em larga escala da Computação Quântica e da Informação Quântica dependem ainda da descoberta de novos materiais onde o processamento e a transmissão da informação, bem como o seu armazenamento, possam ser feitos sem que haja perda, ou com o mínimo de perda, da coerência do estado quântico. Para fins de comunicação e criptografia, as propostas baseadas em dispositivos óticos são as mais promissoras. No entanto, para fins de processamento e memória, implementações de estado sólido parecem ser mais adequadas. Por isso, é extremamente importante também, estudar e desenvolver maneiras de criar interfaces entre a ótica e as diversas propostas de estado sólido. Tais interfaces poderiam ser utilizadas para transferir informação entre diferentes memórias quânticas, conectar computadores quânticos em uma rede local ou ainda transmitir informação em escala global.

Até o presente momento todos os algoritmos quânticos e protocolos de comunicação foram testados em sistemas com um número reduzido de q-bits, a unidade fundamental da informação quântica. Entretanto, para que aplicações práticas de dispositivos quânticos se tornem realidade, é necessário o estudo de novos materiais do ponto de vista do uso de suas propriedades para manipular e armazenar estados quânticos.

Dentre as técnicas experimentais que mais tem se destacado nesses estudos estão a Ressonância Magnética Nuclear (RMN) [FREEMAN97, OLIVEIRA07, STOLZE04] e aquelas técnicas que utilizam espectroscopia óptica para o estudo de cristais dopados com terras-raras [GUILLOT07A - LOUCHET07]. A grande precisão da RMN como geradora de chaves lógicas quânticas através do controle de fase dos pulsos de radiofreqüência, aliada à habilidade da ótica em transmitir q-bits e a sua grande sensibilidade para manipulação e leitura de estados de spin eletrônicos e nucleares representam um caminho viável e promissor no desenvolvimento de dispositivos quânticos no futuro. De fato, arquiteturas de estado sólido envolvendo spins eletrônicos e nucleares acoplados foram as primeiras a aparecer na literatura como propostas reais para chips quânticos [KANE98]. Propostas para a utilização de cristais dopados com terras-raras em computação e como memórias também têm tido destaque na literatura [WESENBERG07- LONGDELL05]. Apesar do atrativo de tais propostas, não existe na literatura nenhum estudo sistemático da combinação RMN-óptica aplicado ao estudo de materiais viáveis para a computação quântica (veja, no entanto a ref. [RUGAR04] para uma proposta envolvendo microscopia ressonante de força atômica).

O Grupo de Processamento da Informação Quântica por RMN que tem atuado no IM de Informação Quântica, congrega pesquisadores do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, do Instituto de Física da USP/São Carlos e do Departamento de Física da UFES. O Grupo tem utilizado amostras líquidas com moléculas contendo até 3 q-bits para estudos de implementação de estados quânticos [BONK05], desenvolvimento de novas técnicas de tomografia para núcleos quadrupolares [BONK06,TELES07], descoerência de estados quânticos [SARTHOUR03, AUCCAISE08] e simulações de sistemas quânticos [SOUZA08A]. Recentemente o Grupo publicou um livro sobre o assunto [OLIVEIRA07].

Ao longo dos últimos dois anos o Grupo tem também investido em estudos de emaranhamento em cadeias de spins formadas em magnetos moleculares, em colaboração com o Grupo de Materiais da Universidade do Aveiro (CICECO) [SOUZA08B]. Tais idéias sobre emaranhamento surgiram em 2001 no contexto de sistemas térmicos, ou seja, sistemas envolvendo um grande número de constituinte [ARNESEN01], como é o caso de cadeias de spins ordenados. Existem outras formas de se caracterizar estados emaranhados de sistemas térmicos. Em sistemas magnéticos, a susceptibilidade pode ser utilizada como testemunha de emaranhamento, como apontou Wiesiak e colaboradores [WIESIAK05]. Estes autores demostraram que em uma cadeia contendo N spins s, uma condição para a susceptibilidade indica a existência de emaranhamento no sistema. Um exemplo de verificação experimental desta condição no composto MgMnB2O5 foi reportado por Rappoport e colaboradores [RAPPAPORT07]. Resultados semelhantes podem ser encontrados em. Cabe notar que esta é uma área que carece de dados experimentais. A determinação de emaranhamento em sistemas térmicos e suas correlações com outras propriedades físicas dos sólidos traz novas perspectivas de avanços para a física da matéria condensada.


“Comunicações Quânticas” é o nome dado à área do conhecimento que estuda a transferência de estados quânticos de um lugar para outro. A motivação básica para o estudo das comunicações quânticas está no fato de estados quânticos – chamados “qubits” no caso de sistemas de duas dimensões – codificarem “informação quântica”, permitindo a implementação de algoritmos que realizam tarefas sem nenhum análogo clássico. Os exemplos mais conhecidos são a Criptografia Quântica [BOUWMEESTER00, GISIN02], que permite a distribuição incondicionalmente segura de chaves criptográficas entre dois indivíduos, e o Teletransporte Quântico [MARCIKIC03, LANDRY07], que ilustra de forma fascinante uma aplicação do emaranhamento de estados quânticos, que ocupa um lugar central na física quântica.

A teoria das comunicações quânticas é uma área conhecida por sua multidisciplinaridade, por viver na interseção da física quântica, teoria da informação, ciência da computação e engenharia de telecomunicações. Devido ao provável advento do computador quântico nas próximas décadas, que irá revolucionar os atuais paradigmas existentes na área de segurança de informação, as comunicações quânticas constituem uma área estratégica para o desenvolvimento tecnológico do Brasil. A criptografia quântica, por exemplo, mostrar-se-á essencial à segurança da informação quando os atuais algoritmos de criptografia se tornarem vulneráveis à computação quântica. Por essa razão, equipamentos comerciais de transmissão quântica de chaves já podem ser encontrados no mercado mundial [IDQUANTIQUE, SMARTQUANTUM, MAGICQ]. Entretanto, muito ainda há que se desenvolver nesta área, principalmente no sentido de se aumentar as distâncias de transmissão e a taxa na qual chaves são distribuídas. Por outro lado, aplicações outras da tecnologia de manipulação quântica de fótons podem ser desenvolvidas, em particular no campo da metrologia, seja de componentes usados em telecomunicações, seja no próprio estudo do canal óptico de transmissão da informação.

Neste projeto, estamos envolvidos, sobretudo, com o estudo e desenvolvimento de técnicas de manipulação e transmissão da informação quântica codificada em estados de polarização via fibras ópticas. Ao contrário de sistemas de comunicações quânticas de espaço livre, que quase sempre utilizam codificação em polarização [TEMPORAO08], nenhum sistema comercial de criptografia quântica via fibra óptica utiliza esse mesmo grau de liberdade. Devido às flutuações aleatórias na birrefringência das fibras ópticas, o estado de polarização de um sinal luminoso que se propaga ao longo da fibra sofre variações no tempo, também aleatórias. Por este motivo, para que a polarização do fóton possa ser empregada para implementar os qubits – o que seria vantajoso do ponto de vista experimental, devido à simplicidade das montagens envolvidas – é necessário utilizar um sistema ativo de compensação de flutuações da polarização. Um sistema desse tipo já foi desenvolvido em nosso laboratório e experimentalmente testado com sucesso [XAVIER08, FARIA08], o que significa que um sistema de criptografia quântica usando codificação em polarização pode ser desenvolvido tirando proveito dessa tecnologia já existente.

Além disso, mesmo que a polarização não seja utilizada para codificar os qubits, nas futuras redes de comunicações quânticas que utilizem os chamados Repetidores Quânticos [SIMON07], o controle de polarização será necessário, já que o cerne desses elementos, a Medida de Bell, precisa ser realizada de forma independente da polarização [SCHUCK06]. Isso significa que a tecnologia a ser desenvolvida nesse projeto será útil mesmo que, futuramente, opte-se pela codificação dos qubits em outros graus de liberdade do fóton.

Dois experimentos pioneiros estão previstos para serem realizados em nosso laboratório: a demonstração de viabilidade de sistemas de criptografia quântica de longa distância via fibras ópticas usando pares de fótons emaranhados em polarização e a Medida de Bell de um par de fótons após propagação independente por vários kilômetros de fibra óptica, com enlaces sujeitos a condições totalmente distintas. Os projetos em criptografia quântica já em andamento em nosso laboratório, aliados à tecnologia desenvolvida por nosso grupo em controle de polarização, serão o ponto de partida para esse experimento. Por outro lado, jovens pesquisadores participam do projeto, trazendo dinamismo a uma área de pesquisa de grande importância que desejamos consolidar no próprio CETUC/PUC-Rio.


O Grupo de Informação Quântica da Universidade Federal do ABC (UFABC) neste momento desenvolve três linhas de pesquisa teórica, i. e.: (a) Computação Quântica via Evolução Contínua; (b) Processamento de informação quântica em dispositivos de estado sólido (Quantum Dots e Circuit QED); (c) Medidas alternativas para emaranhamento multipartite em sistemas abertos.

(a) Computação Quântica via Evolução Contínua - Processamento de informação quântica (IQ) pode ser implementado via diferentes modelos de computação quântica (CQ), por exemplo, circuitos quânticos, CQ baseada em medidas, CQ via evolução contínua, etc... Buscar maneiras alternativas para pensar em algoritmos quânticos é fundamental para avançar o conhecimento na área. Recentemente propôs-se um modelo chamado computação quântica adiabática (CQA) [FARHI01], nesse modelo em vez de se utilizar circuitos de portas lógicas quânticas unitárias, um algoritmo é implementado através da evolução contínua e adiabática de um Hamiltoniano dependente do tempo H(t). Um sistema físico é preparado em um autoestado do Hamitoniano inicial |(0)> e então evolui adiabaticamente. No fim do processo a solução do algoritmo fica codificada no autoestado final |(T)> e pode ser lida via um esquema adequado de medida. No entanto, tal esquema é probabilístico devido à natureza do teorema adiabático [MESSIAH04]. Implementações de CQA foram propostas em circuitos supercondutores [KAMINSKY05] e testadas experimentalmente com técnicas de ressonância magnética nuclear [STEFFEN03]. Recentemente, propusemos um novo modelo para computação quântica via “evolução contínua” [SARANDY08], baseado na teoria de invariantes dinâmicos de Lewis e Riesenfeld [Lewis67]. Neste modelo particular o processamento de IQ é desenvolvido em um autoestado de um operador conservado no espaço de Hilbert chamado operador invariante. O processo é similar ao da CQA, mas é independente da aproximação adiabática. Dentre as diversas vantagens desse novo método podemos destacar o fato de ser determinístico, diferentemente da CQA, que é probabilística [SARANDY08]. Implementações e simulações da eficiência de algoritmos quânticos via CQ não adiabática (CQNA) estão sendo investigadas nessa linha de pesquisa. É importante mencionar que este novo modelo para computação quântica abre as portas para a possibilidade de se demonstrar inequivocamente a solução de um problema não-polinomial via CQNA, como por exemplo, o problema da cobertura exata [FARHI01].

(b) Processamento de informação quântica em dispositivo de estado sólido - Neste momento estamos desenvolvendo investigações no contexto de eletrodinâmica quântica em circuitos supercondutores e pontos quânticos. Circuitos supercondutores são candidatos promissores para construção de processadores quânticos [You05], e são particularmente interessantes para implementação de computação quântica via evolução contínua [KAMINSKY05]. Estamos interessados em duas arquiteturas:

(i) qbits de carga supercondutores acoplados capacitivamente com ressonadores supercondutores lineares [WALLRAFF04]. Neste sistema portas lógicas podem ser realizadas bombeando-se o ressonador com campos de microondas.(ii) pontos quânticos acoplados com ressonadores supercondutores lineares [GUO08]. Neste cenário podemos produzir através de engenharia de interações diferentes acoplamentos entre pontos quânticos distantes.Considerando estas duas arquiteturas estamos investigando: protocolos para desacoplamento dinâmico do sistema como meio ambiente [CELERE08]; novos esquemas de resfriamento em analogia a sistemas óticos e implementação de computação quântica não adiabática [SARANDY08], No que se refere ao estudo da perda de coerência em tais sistemas, vale mencionar que efeitos do vácuo quântico, como o efeito Casimir, podem constituir-se, em escalas nanométricas, em uma fonte importante de decoerência, ainda não investigada na literatura. Abordaremos também este tipo de problema.

(c) Medidas alternativas para emaranhamento multipartite sob decoerência - Nesta linha investigamos formas alternativas (analiticamente computáveis) para quantificar emaranhamento em sistemas quânticos abertos. As medidas de emaranhamento, presentes na literatura, que podem ser aplicadas a sistemas quânticos abertos, para "estados mistos" em geral envolvem algum procedimento de extremização que é difícil de computar analiticamente ou até mesmo numericamente [BENNETT96]. Há um resultado analítico conhecido para estados bipartite de qbits [WOOTTERS98]. Uma forma alternativa de se tratar tal problema é através da inclusão dos erros, devido a um processo de decoerência específico (dissipação, flutuação, etc...), explicitamente na evolução do sistema conjunto formado pelo sistema de interesse (que compõe o estado emaranhado) e um espaço auxiliar, reservatório. Para tal propósito introduzimos operadores fenomenológicos [SERRA01] que atuam no reservatório. Fundamentando-nos nesta abordagem podemos introduzir uma medida de emaranhamento de estados multipartite sob decoerência que poderá ser calculada analiticamente, em casos com certas simetrias.


Tomografia de estado e de processo quântico

Controlar e manipular a transmissão de informação quântica é uma das principais promessas da área de computação e informação quântica [KOWADA08, LAVOR07a]. No entanto, um problema fundamental nessa tarefa é o ruído que, assim como no mundo clássico, está presente em praticamente todos os processos quânticos. Para entender e descrever esse ruído, temos que conhecer o processo quântico envolvido: tarefa realizada pela tomografia de estado e de processo quântico [ALTEPETER03, JAMES01]. Além de todas as questões relacionadas à parte experimental, existe também um problema computacional associado à minimização de uma função com vários mínimos locais.

Os métodos de otimização clássicos encontram apenas mínimos locais, mas o que se deseja é encontrar o menor deles: o mínimo global [LAVOR07b]. Por outro lado, a maior parte dos métodos de otimização global é de natureza estocástica ou heurística [DRAZIC08] e, portanto, não garantem que o mínimo global é encontrado.

Os algoritmos estocásticos e heurísticos de otimização global avaliam a função objetivo em somente um número finito de pontos. Portanto, não se pode saber se a função a ser minimizada possui um valor menor “entre” os pontos escolhidos. Por outro lado, usando uma generalização do método “branch and bound”, associado à aritmética intervalar [LAVOR07c], poderemos obter estimativas para a variação de uma função sobre um conjunto “contínuo” de pontos, incluindo aqueles que não possuem uma representação finita. Dessa forma, tornaremos possível a resolução de um problema de otimização global com a garantia de que um ótimo global será encontrado.


A teoria quântica tem mostrado progressos na direção de importantes aplicações, sobretudo no campo da informação quântica [GALINDO02]. Em duas das principais ramificações desta área, por exemplo, computação quântica e criptografia quântica [GISIN02], podemos citar como recentes realizações a implementação do algoritmo de Deutsch-Jozsa em íons aprisionados [GULDE03], e a distribuição quântica de chaves através de fibras ópticas comerciais a uma distância de 122 km [SHIELDS04]. Apesar destes avanços, há muitas dificuldades a serem superadas; questões relativas à escalabilidade e perda de coerência, relacionadas à computação quântica, e transmissão através de canais ruidosos a altas taxas e longas distâncias, assim como integração com sistemas de comunicação já existentes, relacionado com a criptografia quântica. É assim importante a proposição de esquemas alternativos para avanços em ambos os campos. Nos últimos anos temos investigado vários aspectos do campo da informação quântica no nosso grupo de Óptica Quântica na UNICAMP. Temos trabalhado em sistemas físicos considerados de interesse para a computação quântica, por exemplo, íons aprisionados e átomos atravessando cavidades (eletrodinâmica quântica de cavidades); as cavidades podendo estar ou não acopladas via fibras ópticas. Também temos interesse na investigação de sistemas de variáveis contínuas quânticas, como os estados coerentes do campo eletromagnético, assim como suas aplicações em informação quântica. Sobre o sistema íons/cavidades, consideramos cavidades acopladas via fibras ópticas, de forma que átomos (ou íons) em seu interior podem trocar informação quântica. Em particular, foram investigadas as condições em que a transferência de estados quânticos atômicos [ROVERSI07] e emaranhamento quântico [ROVERSI08a, ROVERSI08b] podem ocorrer. Nosso objetivo é prosseguir com a pesquisa neste sentido. Ainda relacionado com o sistema íons aprisionados, propusemos a implementação de uma interação do tipo cross-Kerr para tal sistema [VIDIELLA05]. Variáveis contínuas quânticas tem surgido como alternativa para variáveis discretas (e.g., qubits) [BRAUNSTEIN05]. Sobre a nossa recente investigação neste campo, propusemos um novo conjunto de estados emaranhados (estados do tipo “cluster”) baseados em estados coerentes [ROVERSI08c]. Além disso, exploramos a transferência de emaranhamento de variáveis discretas para contínuas [VIDIELLA08] (e vice-versa) e criptografia quântica usando estados coerentes polarizados [VIDIELLA06]. Pretendemos, neste projeto, continuar explorando novas possibilidades no campo da informação quântica envolvendo íons aprisionados, eletrodinâmica quântica de cavidades, assim como outros sistemas físicos. Também temos interesse no fenômeno da perda de coerência e sua influência em processos de informação quântica; recentemente estudamos o mecanismo de teleportação (usando átomos) sob a emissão espontânea atômica [ROVERSI05]. Sobre o campo da criptografia quântica, estamos particularmente interessados em protocolos baseados em variáveis contínuas (estados coerentes). Após a demonstração experimental de um protocolo usando estados coerentes intensos [GRANGIER03], vimos sua implementação via 25 km de fibras ópticas [GRANGIER07]. Apesar destes e outros avanços, [BRAUNSTEIN08], há uma série de dificuldades, e.g., como obter altas taxas de transmissão através de canais ruidosos [GUO08]. Pretendemos assim buscar por novas formas de criptografia quântica (incluído a reconciliação) baseada em estados coerentes.

Grupo de Teoria DFMC - Unicamp

A pesquisa em nosso grupo se subdivide em dois grandes temas: Estudo de emaranhamento de estados quânticos e investigação de sistemas físicos potenciais para o processamento quântico de informação.

a) Emaranhamento de EstadosEnquanto o emaranhamento de estados desempenha um papel central na discussão de correlações não locais, ele também é um recurso fundamental para computação quântica [6], criptografia quântica [EKERT91], teletransporte [BOUWMEESTER97] e codificação densa de informação [MATTLE96]. De acordo com o princípio de não-separabilidade da Mecânica Quântica, o emaranhamento de estados ocorre em qualquer sistema quântico composto de múltiplos subsistemas interagentes, caracterizando uma correlação puramente quântica. Enquanto o emaranhamento para sistemas bipartidos, descritos por estados puro é bem compreendido, o mesmo não se aplica quando este envolve mais de dois subsistemas

e/ou quando o estado global não é um estado puro. Várias investigações na atualidade buscam a descrição de um critério de separabilidade (não-emaranhamento) [PERES96] válido para sistemas quânticos arbitrários e como as várias formas de emaranhamento possíveis em um sistema multipartido se inter-relacionam.

Neste sub-projeto duas frentes de investigação são consideradas: Na primeira investigamos propriedades de emaranhamento bipartido e multipartido em sistema de muitas partículas, tais como cadeias de spin [OLIVEIRA06a, OLIVEIRA06b, RIGOLIN06, OLIVEIRA08a] e sistemas de átomos bosônicos aprisionados em redes ópticas, como indicadores de transições de fase quânticas. Na segunda, investigamos propriedades fundamentais na descrição de emaranhamento em sistemas de variáveis contínuas, mais especificamente para estados Gaussianos [OLIVEIRAM03,OLIVEIRAM04]. Vários aspectos da Teoria de Informação Quântica dependem da habilidade em se preparar e manipular estados emaranhados quânticos de sistemas físicos. Temos focado no aspecto de manipulação local e comunicação quântica para inferência de propriedades globais desses estados [HARUNA07a,HARUNA07b].

b) Sistemas físicos para processamento quântico de informação

Independentemente das dificuldades particulares a cada sistema físico envolvido na implementação de processamento quântico de informação, todos os requisitos necessários se resumem ao problema central de controle e medição de estados quânticos dos sistemas envolvidos. O processamento e a transmissão eficientes de informação requerem um alto nível de isolamento dos graus de liberdade envolvidos. Como consequência do não isolamento, o ruído advindo de graus de liberdade não controlados ou do meio externo tem efeitos desastrosos sobre o processamento da informação. Como é sabido, estados de sistemas não isolados preparados em superposições ou estados emaranhados (elementos cruciais para informação quântica) são rapidamente levados a misturas estatísticas no processo de redução dinâmica, conhecido como decoerência [CALDEIRA85]. A alternativa é desenvolver esquemas eficientes de controle e proteção de estados quânticos, considerando processos de feedback ou desenvolvendo esquemas livres de decoerência [UNRUH95]. Se o acoplamento com o meio for suficientemente fraco, esquemas de correção quântica de erros e de computação tolerante a falhas permitem contornar os efeitos da decoerência [LAFLAMME96].Neste segundo tema temos investigado alguns sistemas físicos para potencial implementação de sistemas de processamento quântico de informação. Os sistemas específicos considerados neste projeto são: eletrodinâmica de cavidades em circuitos [WALLRAFF04], átomos ultra-frios aprisionados em redes ópticas [GREINER05], sistemas ópticos-lineares [KNILL01] e spins em pontos quânticos [WESTFAHL04, BRITO05].

Grupo Teoria da Codificação Quântica - Unicamp

Teoria da codificação quântica

Teoria básica de codificação quântica: propriedades de estados emaranhados, descoerência, códigos estabilizadores, códigos de Kitaev, códigos topológicos quânticos, códigos tóricos, códigos CSS, códigos convolucionais quânticos.

É conhecido que a pesquisa em áreas de fronteira da ciência produzem tecnologia e crescimento para um país. A exemplo do que ocorre em outros países com estudos mais avançados em teoria de codificação quântica, a parceria entre matemática, física e teoria de informação e codificação, pode render bons resultados práticos. Uma boa base em matemática e em teoria da codificação pode auxiliar no entendimento de propriedades fundamentais para a construção de códigos quânticos e suas

implementações. Assume-se o comprometimento de divulgação da pesquisa em eventos com apresentação de trabalhos e mini-cursos, bem como a publicação de artigos em revistas renomadas, destacando a qualidade da pesquisa desenvolvida.

Nossas principais linhas de pesquisa são:

(i) Descrição matemática dos estados puros emaranhados;(ii) Códigos topológicos quânticos;(iii)Códigos de bloco do tipo CSS e convolucionais quânticos

Descrição matemática dos estados puros emaranhados

Com o surgimento do conceito de informação quântica, tarefas de processamento de informação como a codificação superdensa, o teletransporte quântico e a criptografia quântica foram introduzidas. Com o objetivo de analisar matematicamente as propriedades destas propostas, observa-se que a execução com máxima eficiência dessas tarefas depende da utilização de estados emaranhados. Mais particularmente, os estados que geralmente são utilizados para esta função na literatura são estados puros que satisfazem a condição de máximo emaranhamento global apresentada por Meyer-Wallach [MEYER02]. Tal escolha pode ser justificada parcialmente pelos argumentos propostos em [SANTOS06], dos quais decorre que os estados de máximo emaranhamento são sempre estados puros. Por outro lado, baseados nos operadores de medida propostos em [MEYER02] é possível verificar que há muitos outros estados quânticos puros de máximo emaranhamento além dos que são apresentados na literatura (classe de estados conhecida como EPR ou GHZ generalizados) para a execução das aplicações mencionadas. Para que um estudo matemático genérico acerca das tarefas de processamento da informação possa ser estabelecido, é necessário determinar quais são as classes de estados de máximo emaranhamento que podem ser utilizadas para a transmissão e/ou armazenamento eficiente da informação. Com este objetivo, é fundamental que se estabeleça uma forma sistemática que permita descrever matematicamente todos os estados puros de máximo emaranhamento.

Dado um estado quântico puro arbitrário com n qubits, o conteúdo de cada um dos kets consiste de uma seqüência binária de comprimento n. O espaço de todas as seqüências binárias de comprimento n define um espaço de Hamming H2

n. De acordo com esta identificação, o conjunto de conteúdos dos kets que definem um estado quântico puro pode ser representado como um subconjunto de seqüências de H2

n. Conforme pode ser visto em [MACWILLIAMS77], subconjuntos de H2

n podem ser entendidos como conjuntos de palavras-código que definem códigos (binários) corretores de erros clássicos. Uma vez mencionada esta relação, o objetivo é propor uma identificação entre a descrição (quanto ao conteúdo dos kets) de um estado quântico puro e a escolha de um código corretor de erros clássicos. Em particular, fazendo uso da medida de Meyer-Wallach, identificar classes de códigos aos quais estão associados estados de máximo emaranhamento. Tendo como base a descrição matemática sistemática usual e conhecida no contexto da Teoria da Codificação Clássica, esta associação permite sistematizar a descrição de estados puros de máximo emaranhamento. Sendo conhecidos os estados de máximo emaranhamento global, de acordo com as particularidades de cada tarefa de processamento, a escolha dos estados a serem utilizados (ou a justificativa desta) podem ser estudadas.

A descrição com base nesta associação dos estados puros classificados apenas emaranhados, segundo a medida de Meyer-Wallach, também pode ser estudada. Além disso, uma generalização para esta medida foi apresentada em [SCOTT04]. Esta proposta pode ser utilizada para medir emaranhamento em qudits. Com base nisso, um estudo análogo ao que foi proposto com relação a qubits e códigos binários, agora em termos de qudits e códigos q-ários, pode ser também desenvolvido.

Códigos Quânticos Topológicos

Shor [SHOR94] mostrou que, em princípio, computadores quânticos podem solucionar certos problemas computacionais de maneira mais rápida e eficiente que computadores clássicos. Porém a implementação física de um computador quântico é um grande desafio. Em um sistema quântico existem os problemas de decoerência e erros sistemáticos em operadores unitários. Em teoria, esses problemas podem ser solucionados usando códigos corretores de erros quânticos (QEC). Em [SHOR95], Shor mostrou que é possível criar códigos QEC. Em seguida, Calderbank e Shor [CALDERBANK96] e Steane [STEANE96] demonstraram um método de converter códigos corretores de erros clássicos em códigos QEC, tais códigos são conhecidos como CSS. Uma classe mais geral de códigos quânticos baseada em teoria de grupos foi proposta por Gottesman [GOTTESMAN96], chamada códigos estabilizadores. Um código estabilizador é um subespaço invariante de um subgrupo Abeliano do grupo de Pauli. Seus operadores são chamados operadores estabilizadores.

Dentro da classe de códigos estabilizadores, estamos interessados no estudo de códigos quânticos topológicos primeiramente introduzidos por Kitaev em [KITAEV03]. Kitaev propõe a construção de códigos QEC especialmente bem adaptáveis para implementação tolerante à falhas. Os códigos quânticos topológicos (TQC) estão associados com tesselações de uma superfície bi-dimensional da seguinte maneira: os qubits estão em correspondência um a um com as arestas dessa tesselação enquanto os operadores estabilizadores correspondem aos vértices e faces. Esses operadores estabilizadores constituem um Hamiltoniano com interação local, cujo estado base coincide com o espaço protegido do código. Essas interações controlam o mecanismo intrisico de proteção dos estados quânticos codificados. A diferença entre os autovalores dos operadores estabilizadores é igual a 2, assim os estados excitados são fisicamente separados por uma diferença de energia maior ou igual a 2.

Os códigos TQC são principalmente interessantes porque seus operadores são locais, envolvem poucos qubits. Essa localidade facilita o potencial de implementação física desses sistemas. Em geral, operadores estabilizadores de códigos não-topológicos são não-locais. Outra vantagem dos códigos topológicos é que os estados quânticos dependem de propriedades topológicas de um sistema físico e tais propriedades são invariantes a pequenas perturbações, assim a informação armazenada na topologia do sistema o torna resistente aos efeitos de ruído.

Em particular, Kitaev construiu códigos tóricos, ou seja, códigos quânticos topológicos construídos em uma superfície conhecida como toro. Neste caso, a tesselação resume-se a um reticulado quadrado do toro. Em [FREEDMAN98], Freedman e Meyer apresentam códigos quânticos construídos no plano projetivo, além disso, um desses códigos é identificado com o código de 9-qubits de Shor, [SHOR95].

As superfícies podem ser topologicamente classificadas de acordo com seu gênero, onde gênero é um invariante topológico. No caso do toro, o gênero é 1. Nosso estudo propõe uma generalização dos códigos tóricos no sentido de construí-los em superfícies com gênero maior que 1. Nossa motivação decorre dos resultados obtidos em [CAVALCANTE05] e [SILVA06], onde a performance de um sistema de comunicação em superfícies com gênero maior que 1 é melhor, em termos de probabilidade de erro, que em superfícies com gênero 1. Essa construção deve levar em consideração o estudo das possíveis tesselações em superfícies compactas (e não-compactas) de gênero maior ou igual a 2 e mergulhos de grafos em tais superfícies.

Analisando apenas códigos construídos no toro, é possível gerar um método para obtenção de tais códigos. Bombin e Martin-Delgado [BOMBIN07] propõem novos códigos tóricos baseados em novos reticulados. Uma melhora significativa é obtida em termos de comprimento do código, e as propriedades de localidade são mantidas. A partir dessa nova abordagem é possível obter uma quantidade muito grande de códigos tóricos utilizando propriedades algébricas e análises em geometria combinatorial.

Códigos CSS e Convolucionais Quânticos

A teoria de códigos quânticos corretores de erros tem recebido ultimamente muita atenção devido à sua importância na transmissão e armazenamento de informação quântica. Com a possibilidade da construção do computador quântico, pesquisas em relação a essas temáticas tem avançado rapidamente. Os exemplos mais conhecidos de códigos quânticos são os códigos de Shor e os códigos estabilizadores CSS (Calderbank, Shor e Steane) [NIELSEN00]. Esta classe pertence à classe dos códigos estabilizadores. A maioria dos trabalhos consideram a construção de códigos quânticos CSS derivados de um único código clássico auto-ortogonal. Todavia, pretendemos propor novos métodos de construção de códigos CSS derivados de dois códigos clássicos distintos, não necessariamente auto-ortogonais, [SALAH07, POSTOL01], poderemos gerar novas famílias de códigos CSS, derivados de códigos clássicos cíclicos BCH, Reed-Solomon, Reed-Muller e Resíduos Quadráticos. Numa etapa posterior pretendemos relacionar códigos quânticos com a teoria de matróides, com o objetivo de obter novos procedimentos de geração de códigos quânticos bem como na derivação de uma função enumeradora de pesos de um código quântico CSS através da avaliação do polinômio de Tutte do matróide soma direta relativo aos códigos clássicos utilizados na construção CSS. A descoerência é um dos maiores desafios obstrutivos da computação quântica. Os códigos corretores de erros quânticos têm sido desenvolvidos com o objetivo de enfrentar este desafio. Tanto uma estrutura de grupo como a classe de códigos estabilizadores, têm-se mostrado úteis na construção de códigos e no entendimento da estrutura de classe de códigos. Os códigos estabilizadores conhecidos até o presente momento são códigos de bloco, em sua maioria, e somente recentemente é que os códigos convolucionais passaram a integrar esta classe, [CHAU98,CHAU99]. É objetivo desta linha de pesquisa apresentar uma classe de códigos convolucionais quânticos estabilizadores cuja construção terá como base a concatenação de codificadores convolucionais para os erros bit-flip e phase-flip, equivalentemente, os geradores do grupo de erros, [ALMEIDA04,ALMEIDA05]. Espera-se que as mesmas vantagens observadas no caso clássico sejam também observadas no caso quântico, quais sejam compatibilidade de taxas e um melhor desempenho.


Na última década vários grupos de pesquisa têm proposto a realização de experimentos de computação e informação quântica em sistemas atômicos envolvendo átomos e moléculas aprisionadas. Dentro de tais propostas destacam-se as que envolvem átomos de Rydberg e moléculas polares em redes ópticas [JAKSCH00; LUKIN01; DeMILLE02]. Apesar da existência de um grande número de trabalhos teóricos neste campo, várias questões, tanto de cunho teórico quanto experimental, continuam abertas. Estas questões precisam ser respondidas antes que tais sistemas se tornem experimentos viáveis na área de computação/informação quântica. Alguns exemplos são: 1) Qual é a forma do potencial entre dois átomos de Rydberg frios?; 2) Como é possível produzir moléculas heteronucleares frias no estado vibracional fundamental; 3) Como podemos aprisionar estas moléculas/átomos em uma rede óptica?

Com o objetivo de responder algumas destas questões o Laboratório de Interações Atômicas tem realizado experimentos quanto com átomos de Rydberg frios [OLIVEIRA03] quanto com moléculas heteronucleares frias [MANCINI04]. Os experimentos envolvendo átomos de Rydberg frios mostraram que tais potenciais podem levar a movimento átomos, além de criarem ressonâncias moleculares [NASCIMENTO08]. Ambos efeitos podem levar a decoerência da amostra, inviabilizando assim experimentos de computação quântica. O experimento envolvendo moléculas heteronucleares foi bem sucedido com a obtenção pioneira de moléculas de KRb em torno de 150 μK via fotoassociação [MANCINI04]. Contudo, as moléculas foram produzidas com uma distribuição de estados vibracionais, o que também inviabiliza experimentos de computação quântica neste sistema.

Na tentativa de resolver estes problemas para a utilização destes sistemas em computação quântica, o Laboratório de Interações Atômicas esta investido na montagem de dois experimentos distintos. Um envolve a produção de moléculas heteronucleares de KRb a partir de uma amostra atômica mista de potássio (40K – férmion) e rubídio (87Rb – bóson) aprisionada em uma armadilha de dipolo. Nosso objetivo neste experimento é formar a molécula KRb fria por fotoassociação dos átomos e em seguida aprisioná-las em uma armadilha de dipolo. Esquemas de excitação estão sendo investigados para produzirmos as moléculas no estado fundamental através ou de bombeamento óptico utilizando um laser de fentosegundo [VITEAU08] ou de estados excitados através de uma ressonância colisional [DEIGLMAYR08]. Após a realização deste passo com sucesso, procederemos ao aprisionamento das mesmas em uma rede óptica.

O outro experimento envolve o estudo dos potenciais de longo alcance entre átomos de Rydberg frios. Este experimento é um passo necessário para compreendermos como estes se comportam na presença de campos elétricos AC e DC. O conhecimento preciso destes potenciais é fundamental para realização de qualquer experimento de computação quântica neste sistema [JAKSCH00; LUKIN01]. Em seguida, aprisionaremos os átomos de Rydberg em uma rede óptica utilizando um laser de CO 2, desta forma os átomos ficarão a uma distancia média de 5 μm a qual é uma escala compatível com seu potencial de interação.

Como mencionado anteriormente em ambos os sistemas há questões em aberto sobre a viabilidade ou não da realização de experimentos de computação quântica. O objetivo deste projeto é investigar estas questões e verificar se tais experimentos são viáveis ou não. Por esta razão acreditamos que este projeto deverá fazer parte do projeto do Instituto Nacional de Computação e Informação Quântica.


Um dos principais recursos na teoria de informação quântica é a superposição e o emaranhamento de estados de diversos subsistemas, que é um tipo especial de correlação que não tem equivalente na física clássica. São recursos de fenômenos específicos, cuja descrição precisa fazer uso do espaço de Hilbert com toda sua estrutura formal, mas que não encontram explicação quando se usa o espaço de fase da mecânica clássica.

Alguns dos estados envolvendo dois qbits (base de Bell), três qbits (estado GHZ) e quatro (estados de “cluster”), têm, cada um, peculiaridades que permitem manifestar aspectos não clássicos de sistemas e que encontram respaldo nos experimentos, como a verificação da violação das diversas versões da desigualdade de Bell (desde 1982), e na proposta mais recente de “one-way computing” [BRIEGEL01,PREVEDEL07,RAUSSENDORF01A, RAUSSENDORF01B,WALTHER05,WALTHER05B]. No presente projeto propomo-nos a investigar a relação que existe entre estados de multiqbits e as simetrias dos estados, ou seja, usar as ferramentas da teoria de grupos e classificar os estados de acordo com suas simetrias que manifestam. Também queremos estudar a relação entre as medidas de grau de emaranhamento e o grau de persistência do emaranhamento após a realização de medições. Acreditamos que a investigação proposta poderá ajudar a um melhor entendimento dos fenômenos físicos presentes na computação quântica.

Devido à decoerência, oriunda do inevitável acoplamento entre os sistemas quânticos e o meio ambiente, a realização de operações lógicas em larga escala, base para a teoria da informação quântica, ainda parece algo distante. Em vista disso, muitos esforços têm sido direcionados para a busca de sistemas suficientemente robustos a erros, de modo que as propriedades quânticas sejam preservadas pelo maior tempo possível. Neste cenário, a engenharia de reservatórios [Poyatos96, Carvalho01] surge como uma técnica promissora para contornar esse problema, podendo ser útil para geração de estados não clássicos robustos do campo de radiação, do movimento iônico, ou de sistemas atômicos. Por exemplo, na Ref. [Cirac93] os autores mostraram como construir um reservatório capaz de conduzir o movimento iônico para um estado comprimido assintoticamente. Esquemas similares foram utilizados para proteger vários estados de superposição de estados coerentes [Matos96a, Matos96b, Gou96a, Gou96b, Gou97] ou

mesmo, como na Ref. [Carvalho01], para proteger qualquer superposição de estados de Fock do movimento unidimensional de um único íon. Há também alguns esquemas em que a engenharia de reservatórios é utilizada para proteger estados emaranhados multimodos, por exemplo, em íons aprisionados [Gerry97, Kis01], em ensembles atômicos [Parkins06] ou em eletrodinâmica quântica de cavidades [Puri94, Pielawa07, Li08].

Dada a importância dos estados emaranhados para o desenvolvimento da Teoria da Informação Quântica, nesse projeto investigaremos a geração e o controle de tais estados, no contexto de átomos/íons aprisionados dentro de cavidades ópticas, usando engenharia de reservatórios. Em particular duas situações físicas distintas serão trabalhadas: i) dois íons aprisionados dentro de uma única cavidade de baixo fator de qualidade e ii) dois átomos aprisionados em duas cavidades ópticas distintas conectadas via fibra óptica.Para manipular a interação átomo/íon-campo em eletrodinâmica quântica de cavidades empregamos campos clássicos externos (laser) [Villas-Boas03, Prado06, Prado08], isto é, campos eletromagnéticos que atuam sobre os átomos/íons em uma direção perpendicular ao eixo de quantização da cavidade de modo que tais campos não permanecem aprisionados na cavidade [Wilk07, Hijlkema07]. A construção de uma interação efetiva adequada entre dois íons aprisionados em armadilhas distantes uma da outra, mas dentro de uma mesma cavidade óptica de baixo-Q, foi utilizada em [Li06], onde os autores mostraram, teoricamente, como é possível gerar estados robustos de vácuo de dois modos comprimidos para os modos de vibração dos dois íons, isto é, o estado protegido desse sistema é um estado emaranhado de Einstein-Podolsky-Rosen entre os modos de vibração iônicos. Nesse contexto, o nosso objetivo é estudar a proteção de estados emaranhados entre esses dois íons aprisionados em duas armadilhas distintas, mas considerando os graus de liberdade internos desses íons. Considerando apenas dois níveis efetivos para os íons (excitado |e> e fundamental |g>), investigaremos, por exemplo, como proteger e controlar a dinâmica de estados da base de Bell.

É importante mencionar que a geração destes estados emaranhados, especialmente no caso em que os átomos encontram-se aprisionados em cavidades distintas, conectadas via fibra óptica, pode representar um grande avanço nos processos de comunicação quântica envolvendo eletrodinâmica quântica de cavidades [Cirac97, Pellizzari97]. Nesse contexto, os nodos de uma rede de comunicação quântica consistem, por exemplo, de cavidades ópticas, conectadas via fibra óptica, com átomos aprisionados dentro delas. Desse modo, a informação quântica pode ser armazenada (memória quântica) nos estados internos dos átomos, onde também pode ser manipulada via campos clássicos externos. Por outro lado, os fótons, que se propagam pelas fibras ópticas, são os responsáveis pela transferência de informação de um nodo da rede ao outro [Cirac97, Pellizzari97]. A construção de reservatórios artificiais também pode ser empregada para a manipulação e controle da dinâmica de estados emaranhados, o que pode ser utilizado para um melhor entendimento de fenômenos como a morte súbita [Yu04, Almeida07] e ressurgimento [Terra-Cunha07] de emaranhamento.


No LMCAL, temos nos dedicado a estudar Informação Quântica com Variáveis Contínuas. O principal recurso quântico a serviço da ciência de informação é o emaranhamento, que foi proposto originalmente por Einstein, Podolsky e Rosen [Einstein35], num exemplo envolvendo posições e momentos (variáveis contínuas) de duas partículas. Nós utilizamos variáveis análogas, especialmente quadraturas de campos eletromagnéticos (feixes de luz macroscópicos).

Diversos protocolos de Informação Quântica foram demonstrados usando variáveis contínuas [Braunstein05] como, por exemplo, teletransporte incondicional de estados quânticos [Furusawa98], criptografia com estados coerentes e até mesmo computação quântica.

O sistema experimental mais utilizado nestes sistemas é o Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) [Yariv89]. Esse sistema consiste num cristal não-linear colocado no interior de uma cavidade ressonante. O cristal é "bombeado" com um feixe de luz e produz-se conversão paramétrica descendente, com a

geração de fótons, cujas freqüências somadas igualam a freqüência do feixe de bombeio (conservação de energia). A soma dos momentos dos fótons gerados também deve igualar o momento do fóton original (casamento de fases). Fótons são bósons, o que resulta no processo de amplificação paramétrica, ou ganho paramétrico, que depende da potência de bombeio. Ao colocarmos o cristal numa cavidade, o ganho pode superar as perdas e o sistema oscila, de modo análogo a um laser.

Na maioria dos protocolos realizados, o OPO é operado abaixo do limiar de oscilação, produzindo vácuo comprimido. Muitos grupos utilizam diferentes OPOs como fontes de campos comprimidos [Yukawa08] que, depois, são combinados em separadores de feixes. A transformação linear converte pares de feixes comprimidos em pares de feixes emaranhados. Nós trabalhamos com o OPO acima do limiar de oscilação e fomos os primeiros a demonstrar experimentalmente o emaranhamento entre os feixes assim gerados [Villar05].

Uma outra linha em que temos atuado envolve sistemas atômicos, em que temos investigado processos coerentes de interação átomo - campo em células de vapor [Cruz07]. Atualmente, estamos estendendo esses estudos a átomos frios, aprisionados numa armadilha magneto-ótica (MOT) [McCormick07] ou em redes óticas [Nelson07]. A preparação de estados não-clássicos na matéria é interessante por seu potencial de utilização como memória quântica [Wal03, Kuzmich03].

Por fim, o emaranhamento entre diferentes modos espaciais do campo vem sendo alvo de estudos na última década, culminando recentemente com a geração de emaranhamento espacial em variáveis contínuas [Wagner08] e a amplificação quântica de imagens [Boyer08].

Nesse contexto, é extremamente importante poder trocar informação quântica entre variáveis atômicas e luz. Nosso laboratório pretende atuar ainda mais intensamente nessa interface dentro do Instituto Nacional de Informação Quântica.


Computação quântica com átomos neutros

Este grupo que já faz parte dos dois institutos de milênios de informação quântica, e´ um dos mais ativos na área da teoria de Condensados de Bose-Einstein e caos quântico. Atualmente o grupo esta investigando Condensados híbridos de átomos e moléculas, condensados em super-redes e aplicação da teoria de matrizes randômicos para variedades de problemas de interesse para o assunto geral de informação quântica. Alem das atividades supracitados, o grupo tem interesse e atuação em pesquisa multidisciplinar que renderam duas patentes ao longo dos últimos 16 anos.

Um dos grandes interesse do grupo e´ investigar a viabilidade de laser atômico e/ou molecular. Para tal finalidade foi estudado a questão de reflexão quântica onde átomos ou moléculas superfrios sofrem reflexão de paredes confinantes de tal modo que não há contato físico o que acabe evitando o problema de absorpção e adsorpção [SHIMIZU01, PASQUINI04, PASQUINI06]. Este efeito, de origem puramente quântico, permitira confinar um condensados com grande numero de átomos ou moleculas basicamente no espaço livre entre paredes confinantes, o que e´ uma condição importante para a criação de laser de matéria.[DE CARVALHO 08]..

Paralelamente a este estudo foi investigado o espectro de Bogliubov de condensados paramelhor entender a excitação coletiva e sua estabilidade dos BEC . Tal estudo vai alem do tratamento de campo médio ala Gross-Pitaevskii. Recentemente uma generalização deste estudo foi feito para condensados confinados por dois “traps”. Um estudo recente demonstra claramente que o espectro de Bogoliubov destes BEC em tais super-redes [PIRES 08} sofre uma transição ordem-caos que implicaria uma tendência a universalização docomportamento do BEC [KOLOVSKY07, KOLOVSKY07, KOLOVSKY08]. A nossa teoria de Deformed Gaussian Orthogonal Ensemble (DGOE) e´ o aparato natural derealizar um estudo global deste fenomeno, que pretendemos fazer ao longo dos próximos anos.

O mesmo DGOE foi recentemente usado para estudar a quebra de simetria em sistemas físicos [DE CARVALHO 08]. Tal estudo demonstrou claramente a utilidade da nossa teoria. A investigação com o DGOE esta sendo continuado e estendido para outros casos, inclusive para BEC.

Descoerência em sistemas caóticos e transições de fase em átomos ultrafrios em redes óticas.

1 – Estudos de diagnósticos de transição quântica para clássica em sistemas caóticos.A diferença entre dinâmica clássica e quântica depende de um número de parâmetros.O grau com que um sistema mostra efeitos quânticos certamente depende do tamanho relativo da constante h/2 comparado com a ação característica. Trabalhos anteriores mostram que a interação entre o sistema e o ambiente é também crucial. Além do interesse fundamental intrínseco, é também relevante na compreensão de sistemas como computadores quânticos. A questão central é o estudo da produção de entropia em sistema quânticos abertos em limites clássicos dissipativos[gammal08,kpul] desenvolver um indicador confiável de caos em sistemas quânticos que possa ser independente da trajetória. O trabalho terá a colaboração de Arjendu Pattanayak, Carleton College-MN-USA.

2 – Sistemas de átomos ultrafrios em redes óticas. A realização de sistemas de átomos ultrafrios aprisionados em redes óticas deu um novo impulso ‘a pesquisa em sistemas na matéria condensada, na medida em que podem-se variar diversos parâmetros, o que não era possível na física do estado sólido. Nosso objetivo será a descrição de sistemas de átomos fermiônicos armadilhados com populações de spin up e down balanceados e não balanceadas. Este é um problema muito interessante pois tem semelhança com o problema da supercondutividade onde ocorre o emparelhamento elétrons. Para tanto deveremos usar o formalismo de integrais de trajetória [Ziegler05, Gammal08] obtendo um complexo sistema equações diferencias parciais envolvendo diagonalização de matrizes. Devera contar com a participação de um estudante de doutorado.


O trabalho no Grupo de Informação Quântica (GIQ) se insere no âmbito da Teoria de Informação Quântica e do estudo da dinâmica de sistemas quânticos simples e de matéria condensada, com perspectivas voltadas a computação quântica. O GIQ representa um esforço na direção de desenvolver a pesquisa e formação de recursos humanos na área de Informação Quântica no sul do País. O grupo conta atualmente com dois professores do corpo permanente do Departamento de Física da UEPG, três alunos de mestrado e a aprovação de um projeto do Programa Nacional de Pós-Doutorado, em processo de implantação. Assim, o grupo contará em breve com a presença de um pós-doutorando, algo importante para o desenvolvimento de qualquer grupo de pesquisa.

O desenvolvimento da Teoria de Informação Quântica tem dado contribuições importantes na elucidação de aspectos fundamentais da Mecânica Quântica, como o problema da não-localidade e correlações sem análogo clássico. Dentro do contexto da Teoria de Informação Quântica, essas correlações (chamadas emaranhamento) passaram de uma mera conseqüência “estranha” do formalismo quântico, para a condição de um recurso para o processamento de informação [EISERT03]. Sendo um recurso, as questões relativas a caracterização, quantificação e manipulação de emaranhamento assumem papel fundamental dentro da teoria. Em especial, temos dado contribuições na questão da quantificação [CASTRO02, DODONOV02, CASTRO03] e manipulação de emaranhamento em sistemas de variáveis contínuas [PLENIO05, CASTRO06, CASTRO07, REGIANE07]. Nesse sentido, pretendemos aprofundar nosso conhecimento em aspectos formais e práticos associados às propriedades algébricas e geométricas do espaço de Hilbert que nos permitam propor novas idéias relacionadas à teoria de emaranhamento e interconversão de estados.

A aplicação das idéias e conceitos pertinentes a Teoria de Informação Quântica passa necessariamente pelo estudo detalhado da dinâmica de sistemas quânticos simples e de matéria

condensada. Nesse âmbito, temos dado contribuições nos sistemas de íons aprisionados [SEMIAO01, SEMIAO02, SEMIAO06], eletrodinâmica quântica de cavidades [MUNHOZ08], modos bosônicos acoplados [CASTRO01, CASTRO03, CASTRO05, DELARA07] e qbits supercondutores acoplados a nanoosciladores [SEMIAO08]. Pretendemos dar continuidade a essas linhas de pesquisa, buscando aprimorar os modelos de modo a tornar as idéias o mais próximo possível de uma proposta de implementação prática.

Apêndice III – Lista Completa de Dados dos Participantes


Nome: Daniel Felinto Pires BarbosaTitulação: Doutor (UFPE 2002) Cargo: Professor Adjunto IPesquisador do CNPq: 2CPF: 943.530.934-87 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 10/12/1974

Nome: José Wellington Rocha TabosaTitulação: Doutor (UFPE 1988) Cargo: Professor Associado IPesquisador do CNPq: 1DCPF: 173.362.284-53Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 24/03/1959

Nome: Sandra Sampaio ViannaTitulação: Doutor (UFPE 1984) Cargo: Professor Associado IPesquisador do CNPq: 1DCPF: 037.906.488-09Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 18/04/1955

Nome: Danieverton MorettiTitulação: Mestre (USP 2005) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 214.601.568-38Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 04/04/1979

Nome: Yareni Aguilar AyalaTitulação: Graduada Cargo: Estudante de mestradoBolsista: PECCPF: 015.801.974-18Nacionalidade: MexicanaData nascimento: 16/08/1983

Nome: Rafael Alves de OliveiraTitulação: Graduado (2007)Cargo: Estudante de mestradoBolsista: CNPqCPF: 060.163.344-05Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/11/1985

Nome: Natália Rodrigues de MeloTitulação: Graduada (2006)Cargo: Estudante de mestradoBolsista: CNPqCPF: 055.559.234-06Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 12/11/1984

Nome: Milrian da Silva MendesTitulação: Graduada (2006)Cargo: Estudante de mestradoBolsista: CNPqCPF: 005.369.771.51Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 19/02/1985


Nome: Eduardo J. S. FonsecaTitulação: Doutor (UFMG 2000) Cargo: Professor adjunto IICPF: 860.011.914-68 Nacionalidade: Brasileira

Nome: Dilson Pereira CaetanoTitulação: Doutor (UFRJ 2004) Cargo: Professor AdjuntoPesquisador do CNPq: 2CPF: 025.043.284-60Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 20/08/1977

Nome: Alcenísio José de Jesus SilvaTitulação: Mestre (UFSCar 2007) Cargo: Estudante de DoutoradoCPF: 978.565.841-49 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 06/11/1981

Nome: José Henrique A. L. de AndradeTitulação: Estudante de GraduaçãoCargo: Estudante de Iniciação Científica

CPF: 056.173.824-62Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 25/12/1986

Nome: Willamys C. SoaresTitulação: Mestre (UFAL 2006)Cargo: Estudante de DoutoradoCPF: 042.355.814-57 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 25/07/1980

Nome: Ghisleine Edelways BeltrandTitulação: Estudante do terceiro ano de Física Bacharelado Cargo: Iniciação CientíficaCPF: 057.265.474-03Nacionalidade: Brasileira

Nome: Gregório Felipe Oliveira Ferreira Titulação: Estudante do terceiro ano de Engenharia Civil Cargo: Iniciação CientíficaCPF: 067.271.774-30Nacionalidade: Brasileira


Nome: Rubens Viana RamosTitulação: Doutor (UNICAMP 2000) Cargo: Professor Adjunto ICPF: 484.315.833 – 04 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 11/11/1972

Nome: João Batista Rosa SilvaTitulação: Doutor(UFC 2008) Cargo: Bolsista de pós-doutorado (PNPD)CPF: 479.727.693 – 20 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 23/06/1973

Nome: Fábio Alencar MendonçaTitulação: Mestre (UFC 2006) Cargo: Estudante de doutoradoCPF: 930.539.083 – 87 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 03/07/1983

Nome: Daniel Barbosa de BritoTitulação: Mestre (UFC 2007) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista da CAPESCPF: 631.225.703 – 78

Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 02/01/1981

Nome: Juscelino Kerginaldo Rodrigues MotaTitulação: Licenciatura em Física (UFC 2008) Cargo: Estudante de mestradoBolsista do CNPqCPF: 963.689.773 – 53 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 14/02/1983

Nome: Maria Daniela Santabaia Cavalcanti Titulação: Engenheira Eletricista (UFCG 1993) Cargo: Estudante de mestradoCPF: 389.159.443 – 72 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 07/12/1970

ENLIGHT – UFMG

Nome: Carlos Henrique MonkenTitulação: Doutor (UFMG 1993) Cargo: Professor Associado 2Pesquisador do CNPq: 1CCPF: 375.388.376-04 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 03/10/1959

Nome: Sebastião José Nascimento de PáduaTitulação: Doutor(SUNY at Stony Brook 1993) Cargo: Professor Associado IIPesquisador do CNPq: 1CCPF: 133.321.648 – 30 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/09/1962

Nome: Marcelo de Oliveira Terra CunhaTitulação: Doutor (UFMG 2005) Cargo: Professor Adjunto IICPF: 162.291.298 – 50 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 12/04/1973

Nome: Marcelo Paleólogo Elefteriadis de França SantosTitulação: Doutor (UFRJ 2001) Cargo: Professor Adjunto IIPesquisador do CNPq: 2CPF: 255.141.238-20Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 10/06/1973

Nome: Wallon Anderson Tadaiesky NogueiraTitulação: Doutor (UFMG 2006) Cargo: Bolsista de pós-doutorado (FAPEMIG)CPF: 479.972.302-20Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/06/1976

Nome: Pablo Lima SaldanhaTitulação: Mestre (UFMG 2006) Cargo: Bolsista de doutorado (CNPq)CPF: 013.444.746-83 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 29/01/1981

Nome: Alexandre Gutenberg da Costa MouraTitulação: Mestre (UFMG 2003) Cargo: Estudante de doutoradoCPF: 497.571.723-91 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 22/09/1973

Nome: José Ferraz de Moura FilhoTitulação: Doutor (UFPe 2008) Cargo: Pós-DoutorBolsista: CNPq: CPF: 028.974.434-21Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 15/11/1976

Nome: Olavo Cosme da SilvaTitulação: Mestre (UFMG 2004) Cargo: Bolsista de Doutorado (em fase de conclusão; pleiteia bolsa de pós-doutoradono Grupo)Bolsista: CNPqCPF: 044.940.956-21Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 27/12/79

Nome: Pierre-Louis de AssisTitulação: Mestre (UFMG 2006) Cargo: Bolsista de DoutoradoBolsista: CNPqCPF: 059.416.316-18Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 06/11/1982

Nome: Marco Aurelio Duarte CarvalhoTitulação: Mestre (UFMG 2007) Cargo: Bolsista de Doutorado

Bolsista: CNPqCPF: 031.702.757-39 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento:

Nome: Juliana Gontijo FonsecaTitulação: Bacharel (UFMG 2006) Cargo: Bolsista de MestradoBolsista: CNPqCPF: 073.044.056-78Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 27/01/1985

Nome: Mariana Rodrigues BarrosTitulação: Bacharel (UFMG 2007) Cargo: Bolsista de MestradoBolsista: CNPqCPF: Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 19/10/84

Nome: Wanderson Maia PimentaTitulação: Bacharel (UFOuro Preto 2007) Cargo: Bolsista de MestradoBolsista: CNPqCPF: Nacionalidade: BrasileiraData nascimento:

Nome: Raphael Campos DrumondTitulação: Mestre (UFMG 2007) Cargo: Estudante de DoutoradoBolsista: CNPqCPF: 059.719.396-70Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 02/04/1983

Nome: Bárbara Lopes AmaralTitulação: Bacharel (UFMG 2008) Cargo: Estudante de MestradoBolsista: CNPqCPF: 077.701.476-97 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 12/05/1986

Nome: Rafael Luiz da Silva RabeloTitulação: Bacharel (UFMG 2008) Cargo: Estudante de MestradoBolsista: CNPqCPF: 079.585.966-00 Nacionalidade: Brasileira

Data nascimento: 28/06/1986

Nome: Adriana Xavier FreitasTitulação: Licenciada (UFMG 2007) Cargo: Estudante de MestradoBolsista: CNPqCPF: 062.509.376-33 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: ??/??/1986

Nome: Breno Marques Gonçalves TeixeiraTitulação: Bacharel (UFMG 2008)Cargo: Estudante de MestradoBolsista: CNPqCPF: 074.608.096-40Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 26/06/1985

Nome: Eduardo Carlo Mascarenhas MoraesTitulação: Bacharel (UFMG 2008)Cargo: Estudante de MestradoBolsista: CNPqCPF: 077.382.706-40Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 04/10/1985

Nome: André Gonçalves de LimaTítulação: Mestre em Física (UFPB 2007)Cargo:Estudante de DoutoradoBolsista:CNPqCPF: 009.050.856-47Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 14/02/1977


Nome: Augusto Miguel Alcalde MillaTitulação: Doutor (UNICAMP 1999) Cargo: Professor Adjunto nível IIPesquisador do CNPq: 2CPF: 247.107.868-01 Nacionalidade: PeruanaData nascimento: 19/04/1964

Nome: Qu FanyaoTitulação: Doutor (UNB 1998) Cargo: Professor Associado nível IPesquisador do CNPq: 2CPF: 693.520.971-49 Nacionalidade: Chinesa Data nascimento: 16/08/1964

Nome: Eduardo Inácio DuzzioniTitulação: Doutor (UFSCar 2007) Cargo: Professor Adjunto nível ICPF: 003.513.789-44 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 02/06/1979

Nome: Liliana Sanz de la TorreTitulação: Doutor (UNICAMP 2003) Cargo: Professor Adjunto nível ICPF: 218.662.668-37Nacionalidade: ColombianaData nascimento: 13/07/1974

Nome: Fabrício de Souza LuizTitulação: Licenciado em Física (UFU 2008) Cargo: Estudante de mestradoBolsista: CapesCPF: 014750646-83Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 20/05/1982

Nome: Halyne Silva BorgesTitulação: Licenciada em Física (UFU 2008) Cargo: Estudante de mestradoBolsista: CapesCPF: 075.969.636-50Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 22/08/1986


Nome: Paulo Henrique Souto RibeiroTitulação: Doutor(UFMG 1995)Cargo: Professor Assistente IPesquisador do CNPq: 1CCPF: 730.886.506 – 10Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 31/10/1965

Nome: Stephen Patrick WalbornTitulação: Doutor(UFMG 2003)Cargo: Professor Adjunto IPesquisador do CNPq: 2CPF: 012.967.716-79Nacionalidade: Norte-americanaData nascimento: 05/09/1973

Nome: Daniel Schneider TascaTitulação: Mestre (UFRJ 2006)

Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 045.186.036-56Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 01/01/1978

Nome: Osvaldo FariasTitulação: Mestre (UNAM 2006)Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (Conacyt), MéxicoPassaporte: 05390035988Nacionalidade: MexicanaData nascimento: 01/01/1978

Nome: Rafael de Morais GomesTitulação: Mestre (UFG 2006)Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: UFGCPF: 006.376.731.74Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 30/12/1983


Nome: Nelson Velho de Castro FariaTitulação: Doutor (Université de Montréal 1970) Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1BCPF: 174.465.897-87 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 24/10/1938

Nome: Ginette Jalbert de Castro FariaTitulação: Doutor (PUC-Rio 1985) Cargo: Professor Associado IPesquisador do CNPq: 1DCPF: 403161817-49Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 12/06/1949

Nome: Carlos Renato de CarvalhoTitulação: Doutor (PUC-Rio 1991)Cargo: Professor Adjunto IIICPF: 810.881.597-53Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 15/abril/1960

Nome: Fabio ZappaTitulação: Doutor (UFRJ 2003)Cargo: Pós-Doutorando (CNPq)CPF: 03802122771


Nome: Aline Medina dos SantosTitulação: Mestre (UFRJ 2005)Cargo: Estudante de Doutorado (Bolsa CAPES)CPF: 084925597-05Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 20/10/1979


Nome: Cláudio Lenz CesarTitulação: PhD(MIT 1995) Cargo: Professor Assistente IPesquisador do CNPq: 1DCPF: 213.406.333-53 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 19/06/1964

Nome: Paolo CrivelliTitulação: PhD(ETH-Zurich 2006) Cargo: Professor Visitante UFRJ - AdjuntoPesquisador do CNPq: CPF: 060.575.047-55 Nacionalidade: SuíçoData nascimento: 29/04/1976

Nome: Ricardo Lewis LamboTitulação: Mestre (McGill University, 2005) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 057.606.227-81Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 10/06/1981

(Além dos membros listados há a intenção de um aluno de doutorado do grupo de Eric Hessels em York, Canadá, à partir de 2009, vir como pós-doc para trabalhar especificamente nesse projeto).


Nome: Luiz DavidovichTitulação: DoutorCargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1ACPF: 532487597-04Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/06/1946

Nome: Nicim Zagury Titulação: Doutor

Cargo: Professor Titular Pesquisador do CNPq: 1ACPF: 027766857-34Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 09/03/1934

Nome: Ruynet Lima de Matos Filho Titulação: DoutorCargo: Professor Adjunto 1 Pesquisador do CNPq: 2CPF: 352288732-87 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 13/07/1965

Nome: Fabricio ToscanoTitulação: Doutor (CBPF 2000)Cargo: Professor associado da Fundação CECIERJPesquisador do CNPq: Nível 2CPF: 052.854.777-19Nacionalidade: ArgentinaData de nascimento: 29/12/1966

Nome: Francois ImpensTitulacao: Doutor (Ecole Polytechnique, France 2008) Cargo: Pos-DocBolsista: Bolsa da FrançaCPF: 060.688.598-07 Nacionalidade: FrancesaData nascimento: 11/12/1977

Nome: Adriana Auyuanet Larrieu Titulacao: Mestre Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 060.239.777-40Nacionalidade: UruguaiaData de Nascimento: 14/10/1967

Nome: Adriano Henrique de Oliveira AragaoTitulacao: Mestre Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: FAPERJCPF: 957.684.911-04Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 15/06/1981

Nome: Alejo Salles

Titulacao: Licienciado (UBA 2004)Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: FAPERJCPF: 059.928.917/14Nacionalidade: ArgentinaData de Nascimento: 25/03/1980

Nome: Bruno Gouvea TaketaniTitulacao: Mestre (UFRJ 2006)Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 055.164.737-05Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 19/07/1981

Nome: Bruno de Moura EscherTitulacao: MestreCargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 967.073.641-20Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 19/01/1983

Nome: Diney Soares Ether JuniorTitulacao: Mestre (UFRJ 2005)Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 069159057/58Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 15/03/1978

Nome: Gabriela Barreto LemosTitulacao: MestreCargo: Estudante de doutoradoBolsista: CAPESCPF: 052.357.966-75Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 09/06/1982

Nome: Gabriel Horacio AguilarTitulacao: Licenciado em FisicaCargo: Estudante de doutoradoBolsista: CLAF/CNPqCPF: 060.754.967/00Nacionalidade: ArgentinaData de Nascimento: 30/09/1983

Nome: Malena Osorio Hor-MeyllTitulacao: Mestre Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: FAPERJCPF: 755.623.167-49Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 15/08/1964

Nome: Paula Borges MonteiroTitulacao: Mestre Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 845.749.411-20Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 19/10/1978


Nome: Belita KoillerTitulação: Ph.D. (UC Berkeley, 1976)Cargo: Professora TitularPesquisador do CNPq: 1ACPF: 528.389.197-68Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 01/12/1949

Nome: Raimundo Rocha dos SantosTitulação: Ph.D. (Oxford, 1982) Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1BCPF: 344.235.407-20 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 13/06/1951

Nome: Tatiana Gabriela RappoportTitulação: Doutor (UFF 2004)Cargo: Professor Adjunto IPesquisador do CNPq: 2CPF: 069.536.047-78 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 11/12/1973

Nome: Thereza Cristina de Lacerda PaivaTitulação: Doutor (UFF 1999)Cargo: Professor Adjunto IIIPesquisador do CNPq: 2CPF: 010.995.767-92Nacionalidade: Brasileira

Data nascimento: 05/11/1969

Nome: André L. SaraivaTitulação: Mestre (UFRJ 2008) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 099.319.637-35Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 23/07/1983


Nome: Antonio Zelaquett KhouryTitulação: Doutor(PUC-Rio 1994) Cargo: Professor AssociadoPesquisador do CNPq: 2CPF: 830.347.227-53Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 29/03/1965

Nome: Kaled DechoumTitulação: Doutor(USP 2003) Cargo: Professor AdjuntoPesquisador do CNPq: 2CPF: 047.972.388-52Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 16/06/1961

Nome: Daniel JonathanTitulação: Doutor (Imperial College 2001) Cargo: Professor AdjuntoBolsista: CPF: 025.239.707-08 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 25/04/1973

Nome: Ernesto Fagundes GalvãoTitulação: Doutor (Oxford University 2002) Cargo: Professor AdjuntoBolsista: CPF: 844.105.237-91 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 05/12/1973

Nome: José Augusto Oliveira HugueninTitulação: Doutor (UFF 2006) Cargo: Professor Adjunto IBolsista: CPF: 076.950.467-10 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 09/02/1978


Nome: Marcelo Silva SarandyTitulação: Doutor (CBPF 2001) Cargo: Professor Adjunto IPesquisador do CNPq: 2CPF: 069.108.597-82 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 01/03/1977

Nome: Clodoaldo Cordeiro RulliTitulação: Mestre (USP 2002) Cargo: Estudante de doutoradoCPF: 169.762.528-27 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 03/05/1973

Nome: Cleidson Santos de Castro Titulação: Ensino médio Cargo: Estudante de iniciação científica (Física, IF-UFF)Bolsista: CNPq (Bolsa IC direto ao Pesquisador)CPF: 113.679.287-29Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 24/07/1986


Nome: Alfredo Miguel Ozorio de AlmeidaTitulação: Doutor (Bristol 1973)Cargo: Pesquisador TitularPesquisador do CNPq: 1A CPF: 773.796.168-20Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 25/04/1946

Nome: Raul Oscar VallejosTitulação: Doutor (UBA 1995) Cargo: Pesquisador Associado Pesquisador do CNPq: 1DCPF: 052.788.417-02Nacionalidade: ArgentinaData nascimento: 29/01/1965

Nome: Maria Carolina NemesTitulação: Doutora (USP 1977)Cargo: Professora TitularPesquisador do CNPq; 1ACPF: 423.837.061-91

Nacionalidade: Brasileira

Data de nascimento: 28/12/1952

Nome: Kyoko FuruyaTitulação: Doutor (USP 1979) Cargo: Professor AdjuntoBolsista de produtividade: CNPq (IC)CPF: 011.217.248-25Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 07/02/1953

Nome: Marcus Aloizio Martinez de AguiarTitulação: Doutor (USP 1987)Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq; 1BCPF: 052.285.638-14Nacionalidade: BrasileiraData de nascimento: 05/08/1960

Nome: Fernando Antonio Nazareth NicacioTitulação: Mestre (CBPF 2006) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 088661617-48Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 23/12/1980

Nome: Eduardo ZambranoTitulação: Mestre (CBPF 2006) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 060.100.667-43Nacionalidade: ColombianaData de nascimento: 24/04/1985

Nome: Marcus Vinicius Segantini BonançaTitulação: Doutor (UNICAMP 2006)Cargo: pós-doutoradoBolsista: FAPESPCPF: 253.210.348-50Nacionalidade: BrasileiraData de nascimento: 01/03/1977

Nome: Marcel NovaesTitulação: Doutor (USP 2003)Cargo: pós-doutoradoBolsista: FAPESPCPF: 277.822.288-08 Nacionalidade: BrasileiraData de nascimento: 08/03/1978

Nome: José Geraldo Peixoto de FariaTitulação: DoutorCPF : 660.280.006-04Data de nascimento: 16/03/1968Nacionalidade: brasileira.


Nome: Ivan dos Santos Oliveira JuniorTitulação: Doutor (Oxford 1993)Cargo: Pesquisador Titular IIPesquisador do CNPq: 1DCPF: 644.485.257-91Nacionalidade: BrasileiraData de nascimento: 12/04/1961

Nome: Tito José BonagambaTitulação: Doutor (USP 1991)Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1BCPF: 056.898.748-92Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 11/08/1960

Nome: Roberto S. Sarthour Jr.Titulação: Doutor (University of Oxford 2000)Cargo: Professor Adjunto IIPesquisador do CNPq: 2CPF: 841.926.237-49Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 26/09/1964

Nome: Jair Carlos Checon de FreitasTitulação: Doutor (CBPF 2000)Cargo: Professor Adjunto IVPesquisador do CNPq: -CPF: 009.665.977-70Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 16/12/1971

Nome: Denimar PossaTitulação: Mestre (UFES 2004)Cargo: Doutorando (Física - UFES)CPF: 079.380.007-28Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 23/03/1977

Nome: João Teles de Carvalho NetoTitulação: Doutor(IFSC-USP 2007)

Cargo: Pós-docCPF: 269.991.558-01Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 04/11/1977

Nome: Ruben Auccaise EstradaTitulação: Doutor(CBPF 2008)Cargo: pós-docCPF: 057.388.897-38Nacionalidade: PeruanaData nascimento: 01/04/1974

Nome: Alexandre Martins de SouzaTitulação: Doutor(CBPF 2008)Cargo: Pos-doutorandoCPF: 036.831.997-09Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 01/07/1979

Nome: André Gavini VianaTitulação: DoutorandoCargo: Estudante (CBPF)CPF: 079.034.927-21Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 24/11/1979

Nome: Diogo Oliveira Soares-PintoTitulação: DoutorandoCargo: Estudante (CBPF)CPF: 091.986.357-43Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 19/01/81


Nome: Jean Pierre von der WeidTitulação: Doutor (PUC-Rio 1976) Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1ACPF: 259.906.837-15 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 01/08/1948

Nome: Guilherme Penello TemporãoTitulação: Doutor (PUC-Rio 2007) Cargo: Professor Conveniado AssistenteCPF: 088.666.227–37 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 15/04/1980

Nome: Guilherme Barreto XavierTitulação: Mestre (PUC-Rio 2005) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPqCPF: 087.522.417-26 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 07/06/1979

Nome: Giancarlo Vilela de FariaTitulação: Mestre (PUC-Rio 2005) Cargo: Engenheiro de pesquisaCPF: 021.234.427-71 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 05/07/1973

Nome: Thiago Ferreira da SilvaTitulação: Mestre (PUC-Rio 2008) Cargo: Estudante de doutoradoBolsista: CNPq/CAPES (?)CPF: 096.172.037-90 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 22/10/1982


Nome: Roberto Menezes SerraTitulação: Doutor (UFSCar 2002) Cargo: Professor Adjunto IPesquisador do CNPq: 2CPF: 176.592.298-42 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 06/09/1973

Nome: Lucas Chibebe CéleriTitulação: Doutor (UFSCar 2008) Cargo: Pos-DocCPF: 183.161.178-35Nacionalidade: Brasileira

Nome: Lucas Stori de LaraTitulação: Mestre (UEPG 2008) Cargo: Estudante de DoutoradoBolsista: UFABCCPF: 004.260.779-54Nacionalidade: Brasileira

Nome: Jonas MazieroTitulação: Bacharel em Física (UFSM 2007) Cargo: Estudante de MestradoBolsista: UFABCCPF: 003.038.410-95

Nacionalidade: Brasileira


Nome: Carlile Campos LavorTitulação: Doutor (UFRJ 2001) Cargo: Professor Associado (UNICAMP)Pesquisador do CNPq: 2CPF: 371632483-34 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 02/03/1968

Nome: Ivan da Silva Sendin Titulação: Mestre (UNICAMP 1999) Cargo: estudante de doutorado (UNICAMP) e Professor Assistente da UFGOCPF: 015416589-14Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 15/08/1975

Nome: Rafael Ferreira Lago Titulação: Bacharel (UERJ 2007) Cargo: estudante de mestrado (UFRJ)Bolsista: CAPESCPF: 117.062.537-10Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/03/1986

Nome: Thiago Resek Fabri dos Anjos Cargo: estudante de iniciação científica (UNICAMP)Bolsista: FAPESPCPF: 356.972.008-03Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 11/07/1987


José Antonio Roversi – Bolsa CNPq -1D Titulação: Doutor (IFGW 1985)Cargo: Professor Adjunto.CPF : 600202298-87 - RG: 5.079.939Nacionalidade BrasileiraNas. 05/11/1947

Antonio Vidiella Barranco - Bolsa CNPq – 2BTitulação: Doutor (Imperial College - London 1992)Cargo: Professor Adjunto.CPF : 04848256828 - RG: 14698556-4Nacionalidade BrasileiraNas. 18/05/1963

Fabiano Kenji NohamaTitulação: Doutor (IFGW 2008)Cargo: Pós-doutor – Bolsa, Solicitada à FAPESPCPF: 268.663.008-60 - RG: 29.202.608-0Nacionalidade BrasileiraNas. 08/06/1978

Luís Fernando Mollica Borelli, Nacionalidade Brasileira,Titulação: Mestre (IFGW 2008) Cargo: estudante de doutorado - (sem Bolsa – Professor - UNIP)CPF : 158433138-08 - RG: 19945838-8Nas. 22/12/1972

Leandro da Silva Aguiar, Nacionalidade Brasileira,Titulação: Mestre (IFGW 2008) Cargo: estudante de doutorado - (sem Bolsa – Professor - UNIP)CPF 130.388.608-16 - RG 21.22.135 SSP-SPNas. 11/08/1973

Hugo Leonardo de Oliveira MenegueleTitulação: Mestre (IFGW 2007) Cargo: estudante de doutorado - Bolsa – CNPqCPF : 041.093.319-86 RG: 8.236.287-8Nas. 11/11/1983

Bruno Ferreira de Camargo Yabu-utiTitulação: Mestre (IFGW 2007)Cargo: estudante de doutorado - Bolsa – CNPqCPF :319566288-43 - RG:34125560-9Nas. 07/09/1982

Felipe de Campos LourençoTitulação: Mestre (IFGW 2008) Cargo: estudante de doutorado - Bolsa – CNPqCPF: 330968198-07 - RG: 44112132-9Nas. 02/06/1984


Nome: Amir Ordacgi Caldeira (membro permanente)Titulação: PhD (University of Sussex, UK, 1980) Cargo: Professor TitularPesquisador do CNPq: 1ACPF: 347.787.137-53Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 06/10/1950

Nome: Marcos Cesar de Oliveira (membro permanente)

Titulação: Doutor(UFSCar 1999) Cargo: Professor MS(3)Pesquisador do CNPq: 2CPF: 093.141.508Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 13/04/1969

Nome: Gustavo Garcia RigolinTitulação: Doutor(UNICAMP 2005) Cargo: Pós-doutorCPF: 280.634.778 - 55Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 08/07/1979

Nome: Márcio Fernando CornélioTitulação: Doutor(IFUSP 2008) Cargo: Pós-doutorCPF: 805.450.680-53 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 14/05/1978

Nome: Thiago Rodrigues de OliveiraTitulação: Doutor(UNICAMP 2008) Cargo: Pós-doutorCPF: 272. 264.518-16Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 08/07/1979

Nome: Felipe Fernandes FanchiniTitulação: Doutor(a ser concluído IFSC 11/2008) Cargo: Pós-doutorCPF: 267.707.058-85Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 29/09/1978

Nome:Olímpio Pereira de Sá NetoTitulação: Bacharel em Física (Universidade Federal do Piauí - 2007)Cargo: MestrandoCPF:010.364.693-01Nacionalidade: BrasileiraData nascimento:15/12/1984

Nome: João Paulo da Silva Titulação: Bacharel em Física ( UNICAMP-2007) Cargo: Mestrando CPF: 297.744.818-79 Nacionalidade: Brasileira Data nascimento: 28/11/1981

Nome: Frank Eduardo da Silva Steinhoff Titulação: Bacharel em Matemática ( UNICAMP-2006); Bacharel em Física ( UNICAMP-2007) Cargo: MestrandoCPF: 32611296898 Nacionalidade: Brasileira Data nascimento: 01/01/1984

Nome: Daniel Mendonça Valente Titulação: Bacharel em Física (UNICAMP 2007)Cargo: MestrandoCPF: 078 519 656 08Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 30/10/1985

Nome: João Henrique Coutinho VassalliTitulação: Bacharel em Física (UFJF 2006)Cargo: MestrandoCPF: 073.525.156-82Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 28/09/1985

Nome: Ricardo José MissoriTitulação: Mestre em Física ( UNICAMP-2003)Cargo: DoutorandoCPF: 178802338-22Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 15/06/1974

Nome: Reginaldo Jesus da Costa FariasTitulação: Mestre em Física (USP-2004)Cargo: DoutorandoCPF: 617.441.312-87Nacionalidade: Brasileira Data nascimento: 20/03/1978

Nome:João de Abreu Barbosa CoelhoTitulação: Mestre em Física (UNICAMP 2008)Cargo: DoutorandoCPF: 009.594.005-75Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/05/1984

Nome: Oscar Salomón Duarte Muñoz. Titulação: Mestre em Física (UNICAMP 2006)Cargo: doutorandoCPF: 23102804888Nacionalidade: Colombiana.Data nascimento: 10/06/1981

Nome: Fagner Muruci de Paula Titulação: Mestre em Física (Universidade Federal de Viçosa 2006)

Cargo: doutorandoCPF: 09911252744Nacionalidade: brasileiraData nascimento: 08/02/1983


Nome: Reginaldo Palazzo JúniorTitulação: Doutor (UCLA, 1984)Cargo: Professor Titular MS6Pesquisador CNPq: 1ACPF: 773.425.008-44Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 14/04/1951

Nome: Wanessa Carla GazzoniTitulação: Doutora (FEEC-UNICAMP 2008)CPF: 294.401.558-33Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 06/05/1980.

Nome: Antonio Carlos Aido de AlmeidaTitulação: Doutor (FEEC-UNICAMP 2004)Cargo: Consultor de Pesquisa, Desenvolvimento e InovaçãoEmpresa: Intelekto ConsultoriaCPF: 262.546.908-02Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 26/12/1974

Nome: Giuliano Gadioli La GuardiaTitulação: Doutor (FEEC-UNICAMP 2008)Cargo: Professor Adjunto CCPF: 182.137.868-74Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 30/10/1970

Nome: Clarice Dias de AlbuquerqueTitulação: Estudante de doutorado (FEEC-UNICAMP)CPF: 703.143.573-00Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 14/05/1977


Nome: Luis Gustavo MarcassaTitulação: Livre Docente Cargo: Professor AssociadoPesquisador do CNPq: 1CCPF: 138.691.318 – 96 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 05/03/1970

Nome: Adriana Luiza TogneteTitulação: Pós-doutorCargo: Técnico SuperiorCPF: 111.560.628-02Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 21/09/1969

Nome: Carlos Renato MenegattiTitulação: MestreCargo: Aluno de DoutoradoCPF: 292.735.258-57Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 08/06/1981

Nome: Jader de Souza CabralTitulação: BacharelCargo: Aluno de MestradoCPF: 332.564.078-89 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 30/04/1985

Nome: Bruno Spolon MarangoniTitulação: BacharelCargo: Aluno de MestradoCPF: 325.049.258-24 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 04/01/1985

Nome: Luis Felipe Barbosa Faria GonçalvesTitulação: Estudante de GraduaçãoCargo: Aluno de Iniciação CientíficaCPF: 332.054.048-31 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 29/12/1987


Nome: Salomon S. MizrahiTitulação: Doutor (IFT 1976)Cargo: Professor Titular (UFSCar)Bolsa: CNPq (Produtividade em Pesquisa – Nível 1C)CPF: 402.005.158-53Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 07/07/1946

Nome: Miled Hassan Youssef MoussaTitulação: Doutor (IFSC-USP 1994) Cargo: Professor doutor MS-3 REIDP (IFSC-USP)Bolsa: CNPq (Produtividade em Pesquisa – Nível 1C)CPF: 071754768-09


Nome: Celso Jorge Villas BôasTitulação: Doutor (UFSCar 2004)Cargo: Professor Adjunto III (UFSCar)Bolsa: CNPq (Produtividade em Pesquisa – Nível 2)CPF: 246867388-30Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 07/05/1976

Nome: Norton Gomes de AlmeidaTitulação: Doutor (UFSCar 2001)Cargo: Professor (UCG)Bolsa: CNPq (Produtividade em Pesquisa – Nível 2)CPF: 301.760.691-00Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 02/02/1962

Nome: Mickel Abreu de PonteTitulação: Doutor (UFSCar 2004) Cargo: Pós- doutorandoBolsa: FAPESPCPF: 192.865.818-07Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 23/10/1976

Nome:Simone Ferreira SouzaTitulação: Mestre (UFG - 2006)Cargo: Doutoranda - UFSCarBolsista: CNPqCPF: 902.944.751-68Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 24/03/1980

Nome:Gentil Dias de Moraes NetoTitulação: Mestre (UFSCar 2008)Cargo: Doutorando - IFSC-USPBolsista: CNPqCPF: 32683051808Nacionalidade: Brasileira Data nascimento: 11/09/1983

Nome: Otávio Fabris GamaTitulação: Bacharel (UFSCar 2006)Cargo: MestrandoBolsista: CapesCPF: 103044357-24Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 30/06/1984

Nome: Daniel Zini RossattoTitulação: Bacharel (UFSCar-2007)Cargo: MestrandoBolsista: FAPESPCPF: 346.471.958-80Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento: 30/09/1986

Nome: Alexandre CacheffoTitulação: Mestre (UFSCar 2005)Cargo: Doutorando em Física (UFSCar)Bolsista: FAPESPCPF: 291.501.618-65Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 29/03/1981

Nome: Alexandre DodonovTitulação: Mestre (UFSCar 2005Cargo: DoutorandoBolsista: FAPESPCPF: 219.571.588-08Nacionalidade: RussaData nascimento: 13/08/1982

Nome: Helena Carolina BragaTitulação: Mestre (IFSC-USP - 2002)Cargo: DoutorandoBolsista: CNPqCPF: 268.770.278-17Nacionalidade: Brasileira Data nascimento: 22/04/1978

Nome: Thiago Werlang de OliveiraTitulação: Bacharel (UFSCar 2006)Cargo: MestrandoBolsista: CNPqCPF: 81455828068Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 29/09/1980


Nome: Paulo Alberto NussenzveigCPF: 003.647.777-02Titulação: Livre-docenteFunção: DocentePesquisador do CNPq: 1D

Nome: Marcelo Martinelli

CPF: 144.060.018-08Titulação: doutor Função: DocentePesquisador do CNPq: 2

Nome: Paulo José Torres Homem ValenteCPF: 454870145-15Titulação:doutorFunção: pós-doutorado

Nome: Laércio Benedito de Sousa Jr.CPF: 323.017.968-41Titulação: mestradoFunção: doutorando

Nome: Fábio Moreira da SilvaCPF: 310.466.858-21Titulação: bacharelFunção: doutorando

Nome: Antônio Sales CoelhoCPF: 961.479.543.34Titulação: bachareladoFunção: mestrando

Nome: Felippe Alexandre Silva BarbosaCPF: 012.193.861-11Titulação: bachareladoFunção: mestrando

Nome: Rodrigo Alves de LimaCPF: 008.968.651-93Titulação: bachareladoFunção: mestrando


Nome: Emerson Jose Veloso de PassosTitulação: Doutor (MIT 1974)Cargo: Professor AssociadoPesquisador do CNPq:CPF: 079007915-15Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento:

Nome: Mahir Saleh HusseinTitulação: Doutor (MIT 1971)Cargo: Professor Titular AposentadoPesquisador do CNPq: IACPF: 507052618-91Nacionalidade: Brasileira

Data de Nascimento: 21/11/1944

Nome: Mauricio Porto PatoTitulação: Doutor (USP 1977)Cargo: Professor AssociadoPesquisador do CNPq: ICCPF: 023177371-49Nacionalidade: BrasileiraData de Nascimento:

Nome: Arnaldo GammalTitulação: Doutor (USP 1998)Cargo: Professor AdjuntoPesquisador do CNPq: 2CPF: 048555558-19Nacionalidade: Brasileira


Nome: Antonio Sergio Magalhães de CastroTitulação: Doutor (UFSCAR 2002) Cargo: Professor Adjunto CCPF: 116.404.658-63 Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 23/09/1966

Nome: Fernando Luis Semião da SilvaTitulação: Doutor (UNICAMP 2006) Cargo: Professor Adjunto ACPF: 258.572.708-47Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 14/11/1976

Nome: Pablo Parmezani MunhozTitulação: Doutor (UNICAMP 2008) Cargo: Pós-doutorandoBolsista: PNPDCPF: 274.698.188-20Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 16/12/1977

Nome: Carlos Eduardo Krassinski SoaresTitulação: Bacharel (UEPG 2006) Cargo: MestrandoBolsista: Fundação Araucária CPF: 056.223.989-83Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 25/04/1985

Nome: João Frederico Haas Leandro MonteiroTitulação: Bacharel (UEPG 2007)

Cargo: MestrandoBolsista: - - -CPF: 009.069.169-50Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 04/10/1984

Nome: Thiago Ferreira BrandãoTitulação: Licenciado (UEPG 2007) Cargo: MestrandoBolsista: Fundação AraucáriaCPF: 047.678.399-20Nacionalidade: BrasileiraData nascimento: 17/04/1984

Apêndice IV – Atividades dos Membros da Equipe


Daniel Felinto Pires Barbosa – Coordenação, administração e participação nos experimentos com fontes de fótons sincronizáveis e átomos de Rydberg.

José Wellington Rocha Tabosa – Coordenação, administração e participação nos experimentos com fontes de fótons sincronizáveis.

Sandra Sampaio Vianna – Coordenação, administração e participação nos experimentos com átomos de Rydberg.

Danieverton Moretti – Montagem e execução dos experimentos com fontes de fótons sincronizáveis.

Yareni Aguilar Ayala – Montagem e execução de experimentos para o desenvolvimento de novas memórias quânticas.

Rafael Alves de Oliveira – Montagem e execução dos experimentos para geração contínua de fótons individuais a partir de ensembles atômicos.

Natália Rodrigues de Melo – Montagem e execução dos experimentos com átomos de Rydberg.

Milrian da Silva Mendes – Análise de escalabilidade e eficiência de repetidores quânticos. Montagem e execução de experimentos com fontes de fótons sincronizáveis.


Eduardo J. S. Fonseca – Coordenação, administração e participação nos experimentos.

Dilson Pereira Caetano – Coordenação, administração e participação nas atividades de pesquisa relacionadas com a montagem e caracterização da fonte de estados emaranhados multidimensionais, a implementação de circuitos ópticos lineares que realizem oprações lógicas condicionais e o desenvolvimento de protocolos de comunicação quântica usando estados emarahandos multidimensionais.

Alcenísio – Participação nas atividades de pesquisa relacionadas com a implementação de circuitos ópticos lineares que realizem operações lógicas condicionais e o desenvolvimento de protocolos de comunicação quântica usando estados emarahandos multidimensionais.

Willamys C. Soares – Participação nas atividades de pesquisa relacionadas com a implementação de circuitos ópticos lineares que realizem operações lógicas condicionais.

José Henrique – Participação nas atividades de pesquisa relacionadas com a montagem e caracterização da fonte de estados emaranhados multidimensionais e a implementação de circuitos ópticos lineares que realizem operações lógicas condicionais.

Ghisleine Edelways Beltrand - Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados. O plano de atividade da aluna está relacionado com os experimento utilizando luz pseudotémica e a realização da técnica de litografia quântica em 3D.

Gregório Felipe Oliveira Ferreira - Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados. O plano de atividade do aluno está relacionado com os experimentos de teleportação.


Rubens Viana Ramos – Coordenação, administração e participação nos experimentos do detector de fótons e de distribuição quântica de chaves (deslocamento diferencial de fase, modulação de fase e com polarização).

João Batista Rosa Silva – Coordenação, administração e participação nos experimentos de distribuição quântica de chaves (deslocamento diferencial de fase, modulação de fase e com polarização).

Fábio Alencar Mendoça – Montagem e execução dos experimentos de distribuição quântica de chaves (com polarização), tratamento e apresentação dos dados.

Daniel Barbosa de Brito - Montagem e execução dos experimentos de distribuição quântica de chaves (com deslocamento diferencial de fase), tratamento e apresentação dos dados.

Juscelino Kerginaldo Rodrigues Mota - Montagem e testes dos detectores de fótons na janela de 1500 nm.

Maria Daniela Cavalcanti Santabaia - Montagem e testes dos detectores de fótons na janela de 1500 nm.

ENLIGHT – UFMG

Carlos Henrique Monken – Coordenação, administração e participação nos experimentos 1 e 2.

Sebastião José Nascimento de Pádua- Coordenação, administração e participação nos experimentos 3 e 4.

Marcelo de Oliveira Terra Cunha - Coordenação, administração, organização de eventos, orientação de estudantes e pós-doutores;

Marcelo Paleólogo Elefteriadis de França Santos - Coordenação, administração, organização de eventos, orientação de estudantes e pós-doutores; suporte teórico para os experimentos

Wallon Anderson Tadaiesky Nogueira – participação na montagem de experimentos, coleta e tratamento de dados, e na redação de artigos (experimentos 1 e 2).

Pablo Lima Saldanha – participação na montagem de experimentos, coleta e tratamento de dados, e na redação de artigos (experimentos 1 e 2).

Alexandre Gutenberg da Costa Moura – participação na montagem de experimentos, coleta e tratamento de dados, e na redação de artigos (experimentos 1 e 2).

José Ferraz de Moura Filho - Supervisão da montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados envolvendo interferômetros com fibras óticas (experimentos 3. I, 3.II, 3.III, 3.IV, 4.V, 5.VI).

Olavo Cosme da Silva - Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dadosenvolvendo a geração de 4 qudits emaranhados e a absorção de dois fótons e distribuição de chaves quânticas com qudits espaciais emaranhados em caminhos transversais (experimentos 4. I, 4.V, 4.VI).

Pierre-Louis de Assis- Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dadosenvolvendo a clonagem, swapping, teletransporte de estados espaciais, e geração de 4 fótons em estados hiperemaranhados(experimentos 4. II, 4.III e 4.IV).

Marco Aurelio Duarte Carvalho- Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados envolvendo os moduladores espaciais com um e dois fótons (experimentos 3.I, 3.V, 4. I, e 4.IV).

Juliana Gontijo Fonseca- Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dadosdo experimento de tomografia quântica, medida de testemunha de emaranhamento (experimentos 3.III, 3.IV, 3.V.).

Mariana Rodrigues Barros - Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dadosdo experimento para construção de portas lógicas para qubits espaciais com caminhos transversais (experimento 3.I e 3.II ).

Breno Marques Gonçalves Teixeira - Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados do experimento estudo da perda de coerência de qudits espaciais ao interagir com o reservatório (experimento 3.II).

Wanderson Maia Pimenta - Montagem, execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados no experimento medida de testemunha de emaranhamento e outras medidas de correlação que informam a existência de emaranhamento; e distribuição de chaves quânticas com qudits espaciais emaranhados em caminhos transversais (experimentos 3.V, 3.VI).

Raphael Campos Drumond – estudo de exemplos de sistemas com diferentes comportamentos para a evolução temporal do emaranhamento;

Bárbara Lopes Amaral – estudo da geometria do sistema de dois bits quânticos, tanto do ponto de vista estático (geometria do conjunto de estados) quanto dinâmico (evolução temporal, com a presença de dissipação);

Rafael Luiz da Silva Rabelo - estudo de problemas de não-localidade (desigualdades de Bell, distinção entre emaranhamento e não-localidade,...);

Adriana Xavier Freitas – estudo do algoritmo de Shor, tanto em sua parte quântica (transformada de Fourier discreta) quanto clássica (teoria de números).

Eduardo Carlo Mascarenhas Moraes – estudo de desemaranhamento em sistemas de cavidades acopladas.

André Gonçalves de Lima - estudo de propagação de emaranhamento em sistemas de cavidades acopladas.


Augusto Miguel Alcalde Milla– Coordenação, administração e pesquisa em computação quântica em nanoestruturas semicondutoras.

Qu Fanyao – Coordenação, administração e pesquisa em computação quântica em nanoestruturas semicondutoras.

Eduardo Inácio Duzzioni– Coordenação, administração e pesquisa em fases geométricas e computação quântica em condensados de Bose-Einstein.

Liliana Sanz de la Torre – Coordenação, administração e pesquisa em computação quântica em condensados de Bose-Einstein e computação quântica em nanoestruturas semicondutoras.

Halyne Silva Borges – Pesquisa em computação quântica em nanoestruturas semicondutoras.

Fabrício de Souza Luiz - Pesquisa em computação quântica em condensados de Bose-Einstein


Paulo Henrique Souto Ribeiro – Coordenação, administração e participação nos experimentos com propagação no ar livre. Coordena o laboratório de Óptica Quântica do IF-UFRJ desde 1998. Colaboração com os Laboratório de Óptica Quântica do IF-UFF e DF-UFMG.

Stephen Patrick Walborn – Coordenação, administração e participação nos experimentos com propagação em fibras ópticas. Membro do equipe do laboratório de Óptica Quântica IF-UFRJ desde 2004 e do laboratório de Óptica Quântica DF-UFMG de 1998 a 2004. Colaboração com os Laboratório de Óptica Quântica do IF-UFF e DF-UFMG.

Daniel Schneider Tasca – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.

Osvaldo Farias – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.

Rafael de Morais Gomes – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.


Nelson Velho de Castro Faria – Coordenação, administração e participação nos experimentos.

Ginette Jalbert de Castro Faria – Cálculos teóricos e participação nos experimentos.

Carlos Renato de Carvalho – Cálculos teóricos e participação nos experimentos.

Fabio Zappa – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.

Aline Medina dos Santos – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.


Cláudio Lenz Cesar– Coordenação, administração, projeto, montagem e participação nos experimentos.

Paolo Crivelli – Coordenação, administração e participação, montagem e participação nos experimentos. (O professor Crivelli pretende extender sua estadia no laboratório por mais 1 ano à partir de julho de 2009).

Ricardo Lewis Lambo (ou outro aluno) – Projeto, Montagem e participação nos experimentos. O Ricardo é aluno de doutorado e ao termino deve ser substituído por outro aluno.


Luiz Davidovich – Coordenação, administração e desenvolvimento das linhas de pesquisa.

Nicim Zagury – Coordenação, administração e desenvolvimento das linhas de pesquisa.

Ruynet de Matos Filho – Coordenação, administração e desenvolvimento das linhas de pesquisa..

Fabricio Toscano – Desenvolvimento das linhas de pesquisa.

Todos alunos de doutorado listados acima participam ou participarão de pesquisa sobre os temas de interesse ligados ao projeto.


Belita Koiller – Pesquisa, participação, e apresentação trabalhos em computação quântica em semicondutores.

Raimundo Rocha dos Santos – Pesquisa, execução, tratamento e apresentação dos dados em emaranhamento em sistemas de muitos corpos.

Tatiana Gabriela Rappoport – Pesquisa, execução, tratamento e apresentação dos dados em emaranhamento em sistemas de muitos corpos.

Thereza Cristina de Lacerda Paiva – Pesquisa, execução, tratamento e apresentação dos dados em emaranhamento em sistemas de muitos corpos.

André L. Saraiva - participação e apresentação de dados em trabalhos em computação quântica em semicondutores, que é o assunto de sua tese de doutorado – em andamento.


Antonio Zelaquett Khoury – Coordenação do Laboratório de Óptica Quântica do IF-UFF

José Augusto Oliveira Huguenin - Coordenação do Laboratório de Ótica da EEIMVR-UFF

Kaled Dechoum – Pesquisa teórica em ruído quântico e emaranhamento em sistemas ópticos.

Daniel Jonathan – Pesquisa teórica em fundamentos de Informação Quântica

Ernesto Fagundes Galvão – Pesquisa teórica em fundamentos de Computação Quântica


Marcelo Silva Sarandy – Coordenação e administração da linha de pesquisa; Desenvolvimento de pesquisa em todas as metas propostas.

Clodoaldo Cordeiro Rulli – Investigação do comportamento do emaranhamento em sistemas críticos quânticos e do papel da informação quântica no estudo de sistemas de matéria condensada (com a meta de produzir sua tese de doutorado).

Cleidson Santos de Castro – Investigação de métodos de computação quântica com propriedades de resistência a decoerência desenvolvendo, em particular, esquemas de computação quântica geométrica em sistemas fechados e abertos (com a meta de finalizar sua iniciação científica e iniciar seu trabalho de dissertação de mestrado).


Jean Pierre von der Weid – Coordenação geral, administração e supervisão das montagens experimentais.

Guilherme Penello Temporão – Criação e lecionamento de disciplinas de pós-graduação na área de Comunicações Quânticas, supervisão e participação nas montagens experimentais.

Guilherme Barreto Xavier – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.

Giancarlo Vilela de Faria – Participação nas montagens experimentais, desenvolvimento de componentes eletrônicos, pesquisas de patente.

Thiago Ferreira da Silva - Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados.


Roberto Menezes Serra - Coordenação e administração do Grupo de Informação Quântica - UFABC

Lucas Chibebe Céleri - Participação nas linhas de pesquisa (a),(b) e (c).

Lucas Stori de Lara - Participação nas linhas de pesquisa (b) e (c).

Jonas Maziero - Participação nas linhas de pesquisa (a) e (c).


Carlile Campos Lavor - Coordenador da equipe e orientador dos estudantes de pós-graduação listados no grupo de trabalho. Atuará também diretamente no desenvolvimento do algorítimo de reconstrução de estados e processos.

Ivan da Silva Sendin, Rafael Ferreira Lago, Thiago Resek Fabri dos Anjos – Um destes estudantes se dedicará integralmente ao projeto dos algorítimos de reconstrução, mas isto ainda será definido.


José Antonio Roversi – Coordenação, administração e orientação de atividades dos mestrandos e doutorandos.

Antonio Vidiella-Barranco - Coordenação, administração e orientação de atividades dos mestrandos e doutorandos.

Bruno Yabut-Uti Ferreira - “Propagação de estados quânticos em redes de cavidade ópticas acopladas”. 2007 - Bolsa CNPq.

Hugo Leonardo Meneguele - “Ruídos Quânticos na propagação de campos eletromagnéticos em fibras fotônicas”. 2007 - Bolsa CNPq.

Leandro da Silva Aguiar - “Medidas quânticas e decoerência: criptografia e computação quântica”. Professor UNIP - sem bolsa.

Luís Fernando Mollica Borelli – “Comunicações Quânticas”. Professor UNIP - sem bolsa.

Fabiano Kenji Nohama - “Cavidades Ópticas Acopladas com Átomos ou Íons em seus Interiores”. Pós-doutor – Auxílio financeiro solicitado à FAPESP.

Felipe de Campos Lourenço – “Alguns aspectos da perda de coerência quântica” 2008. Bolsa CNPq.


Amir Ordagci Caldeira – Coordenador do projeto e líder do grupoTeoria de sistemas quânticos abertos em matéria condensada, dispositivos supercondutores

Marcos Cesar de Oliveira Óptica quântica e teoria de informação quântica


Luis Gustavo Marcassa – Coordenação, administração e participação nos experimentos com moléculas frias e átomos de Rydberg frios.

Adriana Luiza Tognete – Suporte técnico na área de engenharia elétrica e computação para os experimentos com moléculas frias e átomos de Rydberg frios.

Carlos Renato Menegatti – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados do experimento com moléculas frias.

Bruno Spolon Marangoni – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados do experimento com moléculas frias.

Jader de Souza Cabral – Montagem e execução dos experimentos, tratamento e apresentação dos dados do experimento com átomos de Rydberg frios.

Luis Felipe Barbosa Faria Gonçalves – Auxilio na montagem e execução dos experimentos, do experimento com átomos Rydberg frios.


Salomon S. Mizrahi – Coordenação, administração, orientação e pesquisa em simetrias de emaranhamento, medidas de emaranhamento e persistência de emaranhamento após medidas.

Miled Hassan Youssef Moussa – Coordenação, administração, orientação e pesquisa em simetrias de emaranhamento e emaranhamento mutipartite.

Celso Jorge Villas-Boas – Coordenação, administração, orientação e pesquisa em proteção e dinâmica de estados emaranhados e utilização destes em processos de comunicação quântica.

Norton Gomes de Almeida – Coordenação, administração, orientação e pesquisa em proteção e dinâmica de estados emaranhados e utilização destes em processos de comunicação quântica.

Mickel Abreu de Ponte - Orientação e pesquisa em dinâmica de emaranhamento em redes bosônicas dissipativas e processos de comunicação quântica em redes de osciladores acoplados.

Simone Ferreira Souza: pesquisa sobre a relação entre estados de multiqbits e as simetrias dos estados emaranhados.

Gentil Dias de Moraes Neto: pesquisa em proteção de estados e em propriedades de estados emaranhados em redes de osciladores acoplados.

Otávio Fabris Gama: pesquisa em proteção e geração de estados emaranhados em eletrodinâmica quântica de cavidades.

Daniel Zini Rossatto: pesquisa em proteção e dinâmica de estados emaranhados em átomos aprisionados dentro de uma única cavidade.

Alexandre Cacheffo: pesquisa em geração e propriedades de estados emaranhados em redes bosônicas dissipativas.

Alexandre Dodonov: pesquisa sobre a relação entre estados de multiqbits e as simetrias dos estados emaranhados e sobre a relação entre as medidas de grau de emaranhamento e o grau de persistência do emaranhamento após a realização de medições.

Helena Carolina Braga: pesquisa sobre a relação entre as medidas de grau de emaranhamento e o grau de persistência do emaranhamento após a realização de medições.

Thiago Werlang de Oliveira: pesquisa em proteção e dinâmica de estados emaranhados e utilização destes em processos de comunicação quântica em redes.


Paulo Nussenzveig e Marcelo Martinelli: coordenação e participação nos experimentos de informação quântica Paulo Valente: participação nos experimentos e estudo de teoria de informação quântica

Laércio B. de Souza Jr.: desenvolvimento de projeto em redes óticas

Fábio M. da Silva: des. de projeto em imagens quânticas

Felippe A. S. Barbosa: geração de correlações quânticas em vapores atômicos

Antônio S. Coelho: geração de emaranhamento tripartite no OPO.

Rodrigo A. de Lima: manipulação de átomos com redes óticas.


Antonio Sergio Magalhães de Castro – Coordenação, administração, orientação e pesquisa na estrutura formal da mecânica quântica e dinâmica de sistemas físicos.

Fernando Luis Semião da Silva – Coordenação, administração, orientação e pesquisa na estrutura formal da mecânica quântica e dinâmica de sistemas físicos.

Pablo Parmezani Munhoz – Orientação e pesquisa na estrutura formal da mecânica quântica e dinâmica de sistemas físicos.

Carlos Eduardo Krassinski Soares – Pesquisa na dinâmica de sistemas físicos.

João F. H. L. Monteiro – Pesquisa na dinâmica de sistemas físicos.

Thiago Ferreira Brandão – Pesquisa na dinâmica de sistemas físicos.

Apêndice V – Orçamento e Justificativa Detalhados

Orçamento e justificativa – Grupo de Informação Quântica com Sistemas Atômicos – UFPE

Resumo:

(Taxa de conversão = R$ 1,70 e despesas de importação de 15%)Item Valor em US$ Valor em R$

(CAPITAL)Desp. Acess.(CUSTEIO)

Total em R$

1 87.400,00 148.580,00 22.287,00 170.867,002 18.000,00 30.600,00 4.590,00 35.190,003 25.400,00 43.180,00 6.477,00 49.657,004 9.500,00 16.150,00 24.22,00 18.572,005 25.500,00 43.350,00 6.503,00 49.853,006 6.400,00 10.900,00 1.635,00 12.535,007 3.000,00 5.100,00 765,00 5.865,008 12.400,00 21.080,00 3.162,00 24.242,009 3.700,00 6.290,00 943,00 7.233,00

10 7.500,00 12.750,00 1.913,00 14.663,0011 40.000,00 68.000,00 10.200,00 78.200,0012 20.000,00 34.000,00 5.100,00 39.100,00

Totais 258.800,00 439.980,00 65.997,00 505.977,00

Justificativa geral: A solicitação acima tem como objetivo principal a instalação do Laboratório de Informação Quântica e com Sistemas Atômicos (LIQA) a ser coordenado pelo Prof. Daniel Felinto. Este será um passo fundamental para concretizar a transferência para o Brasil dos conhecimentos e técnicas adquiridos por ele durante seu recente estágio pós-doutoral no Caltech, trabalhando no grupo do Prof. Jeff Kimble. Neste sentido, o orçamento proposto possibilitará a instalação completa de um laboratório para começar uma linha de pesquisa em redes quânticas com ensembles atômicos no Brasil. Esta é uma linha de pesquisa nova, de ponta, em informação quântica, que pode ser implementada no Brasil em um prazo curto, e que pode levar a nossa participação direta na construção de toda uma nova geração de tecnologias de informação quântica. Sendo mais específico, esta proposta de gastos envolve a instalação de duas mesas ópticas, uma armadilha de átomos de rubídio, dois lasers de diodo potentes que proveriam todos os feixes de laser necessários para o controle do experimento e da armadilha, além dos componentes ópticos e mecânicos necessários para os experimentos citados na seção de objetivos e metas. O orçamento também inclui equipamentos e componentes a serem instalados nos laboratórios atuais que trabalham com física atômica e óptica no DF-UFPE, procurando adaptá-los a medidas de óptica quântica, para aplicações futuras no desenvolvimento de hardware para informação quântica.

Publicações recentes/relevantes na área: Phys. Rev. A 78, 023811 (2008); Phys. Rev. A 77, 023418 (2008); J. Phys. B: At. Mol. Opt. 40, 2809 (2007); New J. Phys. 9, 207 (2007); Science 316, 1316 (2007); Nature Phys. 2, 844 (2006); Phys. Rev. Lett. 97, 113603 (2006); Opt. Express 14, 6912 (2006); Nature 438, 828 (2005); Phys. Rev. A 72, 053809 (2005); Opt. Lett. 30, 1876 (2005).

Justificativas específicas:

Item 1 - Lasers de diodo: 2 lasers DL100L - Toptica - Є 14.200,00 cada1 amplificador BoosTA - Toptica - Є 14.000,001 laser no azul - Toptica - Є 15.000,001 Isolador óptico - Toptica - Є 3.900,00

Justificativa : O coração do LIQA serão dois lasers de diodo potentes que servirão como fontes de luz para a maior parte dos experimentos deste projeto. Com dois lasers será possível manipular transições a partir dos dois níveis hiperfinos fundamentais de um átomo alcalino (utilizaremos rubídio). Os lasers precisam ser potentes o suficiente para bombear a armadilha atômica, realizar procedimentos de bombeio óptico para preparação do sistema, e fornecer os pulsos de controle para várias medidas. É bom ter em mente que pretendemos trabalhar com fótons individuais nas medidas de informação quântica. Isto implica na utilização de baixíssimas potências nos pulsos de controle desses experimentos. O sistema todo será muito baseado em fibras ópticas, de modo que é necessário contar também com perdas devidas ao acoplamento dos feixes em fibras. No total, estimamos que potências saindo dos lasers de cerca de 100 mW cada, com o laser de armadilhamento passando por um amplificador, serão o suficiente para todas as aplicações deste projeto. Pretendemos comprar dois lasers de diodo comerciais da empresa Toptica, que já têm a potência necessária e vêm com toda a eletrônica de controle. É bom ter em mente ainda que cada um desses lasers contará com sistema de monitoração e travamento de frequência independente, isto é, um sistema de absorção saturada, mais osciloscópio analógico, mais eletrônica de travamento. O laser azul especificamente se destina à linha de pesquisa relacionada com átomos de Rydberg.

Item 2 - Duas mesas ópticas com flutuação

duas mesas de 1,2 m x 2,4 m - TMCU$ 9.000,00 cada

Justificativa: Além da instalação dos lasers, pretendemos realizar uma série de medidas com células de vapor e uma armadilha magneto-óptica, o que exigirá um espaço maior do que o que comportaria uma só mesa. Além disso, a própria natureza do problema que queremos abordar, sincronização de fontes de fótons independentes, exige a instalação de mais de um sítio gerador de fótons, o que ainda aumenta mais a demanda por espaço. Já a necessidade de flutuação das mesas vem da importância da estabilidade de fases interferométricas em várias medidas de informação quântica.

Item 3 - Câmara de vácuoBomba iônica com controlador - Varian - U$ 5.000,00Peças para câmara de vácuo - Varian - U$ 10.000,00Célula de vidro para ultra-alto-vácuo - Hellma - U$ 10.400,00

Justificativa: A armadilha magneto-óptica precisa de um sistema de alto vácuo para funcionar. A importância da armadilha vem do controle detalhado sobre o sistema atômico que ela possibilita. Várias técnicas de geração de fótons únicos a partir de ensembles atômicos foram desenvolvidas especialmente para armadilhas. Além disso, elas permitem uma abordagem mais sistemática do problema de interação entre átomos de Rydberg.

Item 4 - Cinco moduladores acusto-ópticosIsomet - U$ 1.900,00 cada

Justificativa: Os moduladores acusto-ópticos serão usados para controlar todos os feixes dos experimentos. Eles atuam tanto deslocando a frequência dos lasers como cortando, a partir dos lasers contínuos originais, os pulsos de luz necessários às medidas.

Item 5 - Medidor de comprimento de ondaWavemeter 700-1650nm +- 0,3 pm - AGC NetCom - U$ 25.500,00

Justificativa: Utilizado para medidas rápidas do comprimento de onda de um laser. Equipamento muito importante para implementar processos que requerem transições fora da ressonância atômica, quando não podemos contar com a ressonância para obter informação sobre o comprimento de onda do laser. Será muito utilizado nos três laboratórios participantes deste sub-projeto.

Item 6 – Quatro divisores de feixe em fibraPolarization maintaining at 800 nm - Canadian Instrumentation & Research - U$ 6.400,00

Justificativa: Serão utilizados principalmente para a análise estatística da luz, de modo a caracterizar seu estado quântico. Nossos detetores de fótons individuais (APDs) já são acoplados diretamente em fibra, de modo que operações de análise com e sem divisores de feixe podem ser realizadas de forma simples apenas reconectando a rede de fibras. Além de preservar todo o alinhamento do sistema no processo de troca de configuração, os divisores de feixe em fibra, quando usados como combinadores de feixes, melhoram substancialmente o casamento espacial dos feixes em processos de interferência.

Item 7 - Blindagem magnéticaBlindagem de mu-metal - U$ 3.000,00

Justificativa: Essencial para cancelar campos magnéticos espúrios em experimentos com células de vapor à temperatura ambiente. Por conta disso, é um imporante elemento de qualquer esquema para controle da descoerência em sistemas atômicos.

Item 8 - OsciloscópiosDois osciloscópios digitais - U$ 1.600,00 cadaDois osciloscópios analógicos - U$ 600,00 cadaUm osciloscópio digital de 400 MHz - U$ 8.000,00

Justificativa: Equipamento de monitoração do sistema. Os dois osciloscópios analógicos serão usados em aparatos de absorção saturada para monitorar e controlar as frequências dos dois lasers. Já os osciloscópios digitais serão usados nos experimentos propriamente ditos, para monitorar os sinais medidos.

Item 9 - Eletrônica de apoioDois detetores rápidos (10 MHz) - Thorlabs - U$ 300,00 cadaPlaca para controle de pulsos - National Instruments - U$ 1.900,00Placa GPIB - National Instruments - U$ 600,00Cinco monitores de frequência RF - U$ 600,00

Justificativa: Os detetores rapidos serão usados nas absorções saturadas e para travar os laser a uma determinada linha atômica. A placa de controle de pulsos é usada para cortar e mover os diversos pulsos de luz. A placa GPIB é para controle geral dos equipamentos. Já os monitores de frequência RF serão acoplados aos moduladores acusto-ópticos para medir continuamente suas frequências.

Item 10 - Fibras ÓpticasCabos de fibras mantenedoras de polarização - OZ Optics - U$ 7.500,00 no total

Justificativa: Fibras ópticas serão usadas de forma intensa no LIQA. Elas conduzirão os feixes para a região dos experimentos, servindo para garantir a qualidade dos modos transversais dos feixes, e levarão os fótons gerados pelo meio para os detetores. Fibras também serão usadas na montagem da armadilha atômica. Seguiremos a tendência atual de muitos grupos de átomos frios no mundo que estão passando a basear suas armadilhas completamente em fibras, por conta da melhor estabilidade de alinhamento, qualidade dos modos, e facilidade de manutenção do sistema.

Item 11 - Componentes Ópticos (visível e infra-vermelho)Espelhos, placas de onda, cubos polarizadores, filtros, lentes, acopladores, colimadores - U$ 40.000,00 no total

Justificativa: Essencial para qualquer laboratório de óptica, que lida sempre com o controle e manipulação de feixes de luz. Neste caso, o valor individual de cada componente é baixo, mas a quantidade necessária de componentes é grande, especialmente para um laboratório em fase de implantação. Este também é o item central para a adaptação dos dois laboratórios já em funcionamento para medidas de propriedades quânticas da luz.

Item 12 - Montagens mecânicasSuportes para espelho e lentes, postes, pilares, suporte para colimadores e acopladores, suporte para placas de onda e cubos polarizadores - U$ 20.000,00 no total

Justificativa: Complementa o item anterior, já que cada componente óptico precisa de um suporte mecânico para ser inserido na mesa óptica.

Orçamento e justificativa – EnLight

Justificativa geral: O orçamento inclui equipamento para o laboratório e verba para manutenção do ciclo de seminários.

O Laboratório de Óptica Quântica da UFMG vem trabalhando principalmente com geração de pares de fótons, e em menor escala, com geração de quatro fótons. Com o crescente número de grupos em todo o mundo trabalhando em experimentos com estados emaranhados de fótons, o grau de complexidade e de sofisticação desses experimentos tem aumentado rapidamente. Muitos experimentos com pares de fótons já foram feitos no sentido de demonstrar efeitos com potenciais aplicações. Atualmente, a física de pares de fótons emaranhados está substancialmente voltada para aplicações práticas, existindo grupos trabalhando em parceria com empresas de alta tecnologia. O estudo de novas possibilidades e aplicações de pares de fótons emaranhados demanda hoje que se utilizem equipamentos mais versáteis, como por exemplo, os moduladores espaciais no lugar de máscaras confeccionadas com filme fotográfico, diversidade de comprimentos de onda para os lasers bombeadores, detectores mais rápidos e eficientes, acoplamento e direcionamento dos fótons por meio de fibras ópticas, cristais mais eficientes (os que utilizam quase-casamento de fases), etc. A física experimental de estados de quatro fótons ainda não é dominada por todos os grupos, mas vem também se desenvolvendo rapidamente. Para a geração e detecção desse tipo de estados, os lasers pulsados de femto segundo e detectores mais rápidos e eficientes são essenciais.

Devido ao sucesso do grupo da UFMG em contribuir para o desenvolvimento da área com trabalhos relevantes, um apreciável número de estudantes tem sido atraído para o trabalho experimental em óptica quântica e informação quântica. Este fato criou uma demanda pela ampliação do laboratório, já há alguns anos trabalhando com sua capacidade saturada.

O grupo também se beneficiou sobremaneira do ciclo de seminários custeado em sua maior parte com verba do Instituto do Milênio de Informação Quântica e que permitiu a visita de mais de vinte e cinco professores nacionais e estrangeiros ao longo de dois anos e meio. A manutenção desse ciclo é essencial para a adequada circulação de idéias e ventilação do grupo.

Impactos previstos:

Montaremos e desenvolveremos a metodologia necessária para o uso moduladores espaciais para introdução de mudança de fase nos estados emaranhados espaciais de dois fótons. Faremos medidas dos estados gerados em outras bases espaciais, podendo realizar os experimentos citados nos ítens acima. Daremos um passo importante no uso de estados emaranhados espaciais para comunicação quântica, pois poderemos caracterizar o emaranhamento dos estados quânticos gerados e construir portas lógicas para a sua manipulação. Montaremos e desenvolveremos a metodologia necessária para o uso de fibras para propagação dos fótons nos estados quânticos de qudits espaciais e a construção de interferômetros para análise destes estados. Poderemos caracterizar o emaranhamento dos estados quânticos gerados, propaga-los e construir portas lógicas com fibras para a sua manipulação.

Montaremos e desenvolveremos a metodologia necessária para a geração e caracterização de quatro qudits espaciais emaranhados. Começaremos a estudar o processo de absorção de fótons emaranhados com a matéria.No final de cinco anos teremos conhecimento da viabilidade do uso dos estados de qudits espaciais com fótons gêmeos para comunicação quântica.

Publicações recentes/relevantes na área:


Item 1 - Modulador espacial programável(por exemplo o modulador vendido pela Holoeye)Preço unitário: US$ 10.000,00 (duas unidades)Total: U$ 20.000,00Justificativa: O modulador espacial nos permitirá mudar a fase dos fótons gerados e refletidos por ele. Será utilizado na geração de novos estados de dois qudits espaciais com a introdução de fase nos caminhos transversais, produção de estados com momento angular orbital, como também na medida do operador densidade destes estados na técnica de tomografia.Usaremos-o também na produção de estados de quatro qudits espaciais.

Item 2 – Laser de diodo

Laser de diodo operando no violeta 405 nm – 100 mW – perfil circular (por exemplo, o modelo vendido pela Omicron) – duas unidades. Preço unitário: US$ 44.000 Total: U$ 44.000

Justificativa : Atualmente usamos temos dois lasers de He-Cd, cujos os tubos têm uma vida útil limitada. Os lasers de diodo emitindo no violeta, no regime contínuo, são ideais para a realização de experimentos para a geração de estados emaranhados de qudits espaciais, por permitir um melhor controle das propriedades óticas transversais do seu feixe e por ser um laser de único modo. Portanto, necessitamos de dois tubos para substituição (opção mais cara) ou dois lasers alternativos. Optamos pelos lasers de diodo operando no violeta, por terem uma maior vida útil, serem mais compactos, e não necessitarem do resfriamento a água ou ar.

Ítem 3 – Detectores contadores de fotons de diodos de avalanche resfriados, com baixa contagem de escuro e acoplados à eletrônica de formatação de pulsos. (Por exemplo, o modelo SPCM AQR-14 da Perkin Elmer) – 06 unidades

Preço unitário: US$ 5.000Total: US$ 30.000

Justificativa: Para a realização de experimentos de quatro fótons necessitaremos quatro detectores. Para as medidas de tomografia, testemunha de emaranhamento e outros experimentos com laser contínuo, necessitaremos de dois outros detectores. Atualmente, utilizamos dois detectores com idade de 14 anos, cuja a eficiência é baixa e tem apresentados problemas devido a sua idade. Eles serão substituídos.

Ítem 4 – Cristais não-lineares

Cristais PPKTP com película anti-reflexão e forno elétrico – 1 unidadePreço unitário: US$ 8000Cristais LBO (BIBO), BBO e LiIO3 para a geração paramétrica e de segundo harmônico: Preço: US$ 8.000,00 Total: US$ 16.000,00

Justificativa: Os cristais PPKTP permitem a geração de pares de fótons com potências uma ordem de magnitude inferior à necessária para outros cristais. Portanto, ao excitar esses cristais com feixes de laser pulsado com potência óticas da ordem de mW, é possível gerar dois pares de fótons ou quatro fótons

simultâneos. Esses cristais serão essenciais para os nossos estudos das propriedades espaciais de quatro fótons correlacionados. Os cristais de BBO e LiIO3 serão utilizados para a geração de pares de fótons gêmeos no experimento com laser contínuo. O cristal de LBO ou BIBO serão utilizados para a geração do segundo harmônico necessário para a produção do feixe no violeta, ao ser bombeado pelos pulsos no infra-vermelho.

Ítem 5 - Autocorrelacionador (tempo real) para medida da largura do pulso gerado por um laser mode-locked – 1 unidade(por exemplo, Pulse check - APE)Preço: US$ 3.000

Justificativa: O autocorrelacionador é importante para mantermos o controle da largura do pulso produzido pelo nosso sistema de geração de pulsos curtos (Lasers verdi + Mira da Coherent). Necessitamos um sistema prático para diagnose diária da largura do pulso gerado.

Ítem 6 – Medidor de potência de laser para uma faixa de mW a 10W – 1 unidadePreço: U$ 3.000

Justificativa: A otimização do alinhamento do laser pulsado requer que se monitore a potência de saída, o que requer um medidor adequado. Além disso, em alguns experimentos é necessário que se meça intensidades de luz muito alta atravessando os elementos óticos, inviabilizando o uso dos contadores de fótons como medidores de potência.

Ítem 7 – Fibras óticas para montagem interferométrica Preço: US$ 10.000

Justificativa: As fibras serão usados nos experimentos de caracterização de emaranhamento, onde interferômetros com fibras serão construídos. Compraremos acopladores mecânicos com lente para acoplar luz nas fibras, sistema de colimação do feixe na saída das fibras, divisores de feixes simples e de multi-portas, detectores para alinhamento de fibras, cabos de fibras, kit para construção de cabos de fibras, etc.

Ítem 8 – Posicionadores de precisão mecânicos e motorizados (estágios de deslocamento e suportes angulares para espelhos, cubos, lentes e suportes rotativos)Preço estimado : US$ 26.000

Justificativa: Qualquer montagem de experimento envolvendo as técnicas utilizadas em nosso laboratório requer um número razoável de suportes para espelhos, lentes, filtros, placas de onda, cubos divisores de feixes, polarizadores; estágios de deslocamento e suportes rotativos.

Ítem 9 – Óptica para ultra-violeta, visível e infra-vermelho (espelhos, lentes, polarizadores, placas de onda, filtros de interferência, cubos divisores de feixes)Preço estimado : US$ 16.000

Justificativa: Tal como no item anterior qualquer montagem de experimento envolvendo as técnicas utilizadas em nosso laboratório requer um número razoável dos componentes óticos descritos acima.

Ítem 10 – Laser pulsado mode-locked (Por exemplo Chameleon - Coherent)US$ 204.000,00

O Laser pulsado mode-locked será utilizado nos experimentos de geração de quatro fótons.Como temos um número muito grande de estudantes de pós-graduação, vamos precisar de mais um laser mode-locked para realizar os experimentos que envolvem a geração de quatro fótons, no tempo previsto. Atualmente, os alunos estão tendo que se turnar nas bancadas óticas, o que invialibiliza os seus projetos.

Ítem 11 – Mesa Ótica com pés pneumáticosUS$ 12.000,00Justificativa: Usaremos a mesa ótica para montar o laser pulsado mode-locked.(Taxa de conversão = R$ 1,70 e despesas de importação de 15%)Item Valor em US$ Valor em R$

(CAPITAL)Desp. Acess. (CUSTEIO)

Total em R$

1 20,000.00 34.000,00 5.100,00 39.100,002 44,000.00 74.800,00 11.220,00 86.020,003 30,000.00 51.000,00 7.650,00 58.650,004 16,000.00 27.200,00 4.080,00 31.280,005 3,000.00 5.100,00 765,00 5.865,006 3,000.00 5.100,00 765,00 5.865,007 10,000.00 17.000,00 2.550,00 19.550,008 26,000.00 44.200,00 6.630,00 50.830,009 16,000.00 27.200,00 4.080,00 31.280,0010 204,000.00 346.800,00 52.020,00 398.820,0011 12,000.00 21.600,00 3.240,00 24.840,00Totais 384,000.00 654.000,00 98.100,00 752.100,00

Orçamento e justificativa – Laboratório de Óptica Quântica – UFRJ 1

Resumo:



Total em R$

1 30.000,00 51.000,00 7.650,00 58.650,002 25.000,00 42.500,00 6.375,00 48.875,003 60.000,00 102.000,00 15.300,00 117.300,004 10.000,00 17.000,00 2.550,00 19.550,00

Totais 125,00 212.500,00 3.1875,00 244.375,00

Justificativa geral: O laboratório vem tendo bastante sucesso na realização de experimentos que investigam o emaranhamento quântico com estados de fótons emaranhados na polarização e nos graus de liberdade transversais. A utilização dos graus de liberdade transversais de fótons únicos(estados não emaranhados) também tem sido investigada para aplicação em criptografia quântica.

Os recursos solicitados acima, têm como objetivo a introdução de três novos ingredientes ao nosso trabalho experimental: i) detecção de fótons únicos no comprimento de onda Telecom. Isto nos permitirá trabalhar em sistemas de criptografia quântica com um potencial de aplicação prática muito mais elevado. Os detalhes do sistema são fornecidos abaixo. ii) detecção homodina gatilhada. Com detectores rápidos e um osciloscópio de alta performance, associados a um sistema de contagem de fótons que já possuímos, poderemos detectar o ruído das quadraturas de um feixe de luz, condicionado à detecção de um único fóton. Esta técnica nos dará acesso a uma importante categoria de estados quânticos da luz, que ainda não

foram exploradas em aplicações de Informação Quântica. iii) detectores com resolução de número de fótons. Até o presente, um detector de fótons únicos produz um pulso eletrônico em sua saída, não apenas quando um fóton atinge o fotodiodo, mas também quando dois, três, quatro ou mais fótons o atingem. Este tipo de detector pode ser obtido a partir de sistemas comerciais, aliado a circuitos eletrônicos convencionais. Este tipo de detector será crucial para a evolução da computação quântica com fótons.

Concluindo, com as técnicas já disponíveis e as novidades que pretendemos implantar, dentro das novas instalações e inseridos na estrutura do Instituto Nacional de Informação Quântica, acreditamos que poderemos realizar experimentos de fronteira e com várias abordagens dentro da computação e comunicação quântica com fótons.

Publicações recentes/relevantes na área: Science 316 , 579-582 (2007) , Nature 440 , 1022-1024 (2006), Phys. Rev. A-Rapid Communication 78, 010304(R) (2008), Phys. Rev. Lett. 98, 100501 (2007), Phys. Rev. Lett. 96, 090501 (2006), Phys. Rev. A-Rapid Communication 73 , 040301(R) (2006)


Item 1 - Posicionadores de precisão(estágios de deslocamento, suportes guimbal para espelhos e suportes rotativos para placas de onda), espelhos para visível, espelhos para infra-vermelho, espelhos para ultra-violeta, óptica de polarização(placas de meia onda, quarto de onda e polarizadores) e filtros ópticos.Pode ser fornecido por exemplo pela Newport – valor estimado : US$30.000,00

Justificativa: Estes elementos são indispensáveis á realização de qualquer experimento em óptica. Como trabalhamos atualmente com duas montagens, a utilização deste tipo de recurso será ainda mais intensa.

Item 2 – Osciloscópio digital de 1GHz Tektronix ou similar – valor estimado: US$25.000,00

Justificativa: Para implementação da técnica de detecção homodina gatilhada e também para o desenvolvimento do detector com resolução do número de fótons, será necessário monitorar e armazenar a série temporal de sinais eletrônicos de alta freqüência. Esta elevada resposta em freqüência é essencial para a análise do sinal em ambos os espaços, de freqüência e do tempo.

Item 3 – Detectores de fótons únicos no comprimento de onda Telecom (02 unidades) – valor estimado : 2 x US$30.000,00 = US$60.000,00

Justificativa: Com estes detectores pretendemos montar sistemas de criptografia quântica baseados em fibras ópticas de baixa perda, ou seja, com possibilidade de operação através de distâncias elevadas.

Item 4 – Diodos de avalanche, gerador de sinais, fonte de alta tensão, gerador de pulsos e material de eletrônica para o desenvolvimento do detector com resolução do número de fótons. valor estimado : US$10.000,00

Justificativa: O gerador de sinais e a fonte de alta tensão de até 1GHz serão usados no desenvolvimento do detector. Trabalhos recentes, mostram que pode-se obter bons resultados, polarizando-se o diodo de avalanche com uma onda quadrada de cerca de 700MHz e fazendo a diferenciação eletrônica da foto-corrente. O gerador de pulsos será usado no gatilhamento de detectores, sobretudo no regime de trabalho com pulsos ultra-curtos e o restante do material de eletrônica será usado no desenvolvimento do detector.

Orçamento e justificativa – Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares – UFRJ 2

Resumo:

http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PLRAAN000073000004040301000001&idtype=cvips&gifs=Yes

http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7087/abs/nature04627.html

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/316/5824/579?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&andorexacttitleabs=and&andorexactfulltext=and&searchid=1&FIRSTINDEX=0&volume=316&firstpage=579&resourcetype=HWCIT



Total em R$

1 62,000.00 105.400,00 15.810,00 121.210,002 6,000.00 10.200,00 1.530,00 11.730,003 20,000.00 34.000,00 5.100,00 39.100,004 16,000.00 27.200,00 4.080,00 31.280,005 10,000.00 17.000,00 2.550,00 19.550,00

Totais 114.000,00 193.800,00 29.070,00 222.870,00

Justificativa geral: O laboratório iniciou no final de 2007 experimentos que investigam emaranhamento quântico; são experimentos com átomos gêmeos, cujo objetivo é estudar teórica e experimentalmente, a partir da fragmentação de uma molécula de hidrogênio, a produção de dois átomos “gêmeos”. A experiência que consiste num cruzamento de feixes de H2 frios (jato supersônico) com elétrons ou prótons, levando a fragmentação do H2 já está em andamento no Laboratoire Aimé Cotton, na França, com feixe de elétrons e será montada no LaCAM, com feixe de elétrons e de prótons. Já possuímos no LaCAM um canhão de elétrons de alto rendimento, um acelerador de prótons e o equipamento para produzir o feixe molecular frio, o jato supersônico, que no entanto necessita de bombas turbo moleculares de vácuo para ser operacional e de um sistema de detecção e eletrônico para coleta e análise dos dados.


Item 1 – Bombas de vácuo turbo molecular (Pfeiffer Vacuum): a-2 bombas modelo TMU 261 P e acessórios (controlador, bomba mecânica, sensores) – 2 X US $ 16,000 = US $ 32,000 b-1 bomba modelo TMU 521 e acessórios (controlador, bomba mecânica, sensores) – US $ 30,000 TOTAL: US$ 62,000Justificativa : As três bombas de vácuo são necessárias para completar o sistema básico do jato supersônico, que já possuímos. O jato é que produz o feixe de moléculas frias de hidrogênio.

Item 2 – Detectores de um só canal (“channeltron”-Sjuts):4 X US$ 1,500 = US $ 6,000 TOTAL: US$ 6,000Justificativa: São os detectores dos fótons Lyman alfa produzidos por cada átomo gêmeo e que possibilitam sua detecção.

Item 3 - Detectores “placas de micro canal” montados (MCP - 40 mm):2 X US$ 10,000 = US$ 20,000 TOTAL: US$ 20,000Justificativa: necessário para o sistema tempo de vôo, com definição da posição da partícula a ser detectada, o que facilita a análise de coincidência.

Item 4 – Um sistema tipo “Fastcom-multiple hits”:US$ 16,000 TOTAL: US$ 16,000Justificativa: possibilita estender o estudo para moléculas mais complexas.

Item 5 - Posicionadores de precisão para detectores:Valor estimado: US$ 10,000 TOTAL: US$ 10,000Justificativa: Estes elementos são indispensáveis á realização de qualquer experimento em que se necessita alinhamento de precisão.

Orçamento e justificativa – Laboratório de Átomos Frios – UFRJ 3Resumo:



Total em R$

1 26.600,00 45.220,00 6.783,00 52.003,002 7.000,00 11.900,00 1.785,00 13.685,003 54.700,00 92.990,00 13.948,50 106.938,504 3.000,00 5.100,00 765,00 5.865,00

Totais 91.300,00 155.210,00 23.281,50 178.491,50

Justificativa Geral: O laboratório vem realizando experimentos para implementação da armadilha de Lítio, de Hidrogênio e um novo laser para Hidrogênio. Dessa forma, a Meta 1 já tem cobertura financeira por outros projetos. A Meta 2 envolve a construção de laser (geração de harmônicos em cavidades externas) e sistema de detecção (câmera e fotomultiplicadora). A Meta 3 envolve um laser de ablação (a princípio será usado o já existente no laboratório mas com previsão de troca futura dada a necessidade desse laser para a pesquisa com antihidrogênio) e material de consumo. A Meta 4 envolve o criostato de fluxo contínuo e material de consumo. A Meta 5 envolve material de consumo para produção da armadilha (fio supercondutor, fonte de alta corrente caseira, etc). A Meta 6 envolve financiamento para o Lab. Do Prof. Marcassa.

Publicações recentes/relevantes na área: [Lambo07]Phys. Rev. A. 76, 061401(R) (2007), [Solano01] Eur. Phys. JD 13,121-128(2001).

Justificativas específicas / Orçamento Detalhado:

Orçamento Lab. Átomos Frios - UFRJ US$ (k) BRL (k)Ítem 1 - Sistema de Laser em 282 nmLaser de diodo (Toptica) 2Tapered Amplifier (M2K-Laser) 4.5Drivers diodo e TEC cooler (ArroyoInstruments) 4.6Cristais Não Lineares 5Espelhos de cavidade 2Montagens Óticas (lentes de acoplamento) 5Ótica para UltraVioleta (janelas) 2Isolador Ótico 1.5Semitotal Importação 26.6 45.2220% desp. Acessórias 5.32 9.044Semitotal 31.92 54.264

Ítem 2 - Detecção Ótica para Fluor. 309 nmCâmera de Imagem (JAI:CCD 1Mpixels VIS&UV) 3Placa de Aquisição da Câmera (Nat.Instr.) 1.8Fotomultiplicadora & Fonte DC-DC(Hamamatsu) 2Fotodiodos (montagem caseira) 0.2Semitotal Importação 7 11.920% desp. Acessórias 1.4 2.38Semitotal 8.4 14.28

Ítem 3 - Criostato de Fluxo ContínuoCriostato de 4 K, Janis-SHI-4 1W/optical 50Contr. Temp: LakeShore 331S 3.7Filtros p/ Bomba e Utensílios 1Semitotal Importação 54.7 92.9920% desp. Acessórias 10.94 18.598Semitotal 65.64 111.588

Ítem 4 - Sistema de Aquisição de DadosPlaca NI-USB-6259 e blocos de conectores/cabos 3Semitotal Importação 3 5.120% desp. Acessórias 0.6 1.02

Justificativas Específicas:Item 1 : O item 1 lista os componentes para a construção do laser de espectroscopia do OH em 282 nm. Na época da compra levaremos em conta a possibilidade de comprar um sistema comercial pronto, se possível por preço compatível ao proposto, ou mudança de rota caso apareçam novidades em lasers de estado sólido. Cavidades dobradoras parecidas com essas já foram construídas e existem no laboratório para outros comprimentos de onda[Cesar01].

Item 2 : Lista os componentes para a detecção e imagem da amostra de OH.

Item 3: Contem o criostato de fluxo contínuo e acessórios, que permitirão a construção de uma armadilha livre de helio-líquido, e portanto, bem mais portátil e mais “table-top”.

Item 4 – Sistema de Controle e Aquisição de Dados. O software LabView foi recentemente comprado no laboratório. Orçamento e justificativa – Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz - IF/USP SP

Estamos solicitando exclusivamente um laser Verdi – V18 para substituir os velhos laseres de argônio empregados em nosso laboratório para bombeio dos laseres de Ti:safira. Com este laser, podemos bombear simultaneamente os dois Ti:safira produzindo estados coerentes de forma estável para manipulação de estados atômicos. Além disso, o laser Ti:safira estável permitirá o bombeio de um novo

OPO desenvolvido especificamente para aplicações em telecomunicações e emaranhamento envolvendo átomos e campos.

(Taxa de conversão = R$ 1,70 e despesas de importação de 15%)



Total em R$

1 150.000,00 255.000,00 38.250,00 293.250,00

Publicações recentes/relevantes na área

Numerical investigation of the quantum fluctuations of optical fields transmitted through an atomic mediumLezama A, Valente P, Failache H, et al.PHYSICAL REVIEW A Volume: 77 Issue: 1 Article Number: 013806 (2008).

The quest for three-color entanglement: experimental investigation of new multipartite quantum correlationsCassemiro KN, Villar AS, Martinelli M, et al.OPTICS EXPRESS Volume: 15 Issue: 26 Pages: 18236-18246 (2007).

Laser-noise-induced correlations and anti-correlations in electromagnetically induced transparencyCruz LS, Felinto D, Gomez JGA, et al.EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL D Volume: 41 Issue: 3 Pages: 531-539 (2007).

Experimental observation of three-color optical quantum correlationsCassemiro KN, Villar AS, Valente P, et al.OPTICS LETTERS Volume: 32 Issue: 6 Pages: 695-697 (2007).

Entanglement in the above-threshold optical parametric oscillatorVillar AS, Cassemiro KN, Dechoum K, et al.JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B-OPTICAL PHYSICS Volume: 24 Issue: 2 Pages: 249-256 (2007).

Direct production of tripartite pump-signal-idler entanglement in the above-threshold optical parametric oscillatorVillar AS, Martinelli M, Fabre C, et al.PHYSICAL REVIEW LETTERS Volume: 97 Issue: 14 Article Number: 140504 (2006).

Generation of bright two-color continuous variable entanglementVillar AS, Cruz LS, Cassemiro KN, et al.PHYSICAL REVIEW LETTERS Volume: 95 Issue: 24 Article Number: 243603 (2005).

Orbital angular momentum exchange in an optical parametric oscillatorMartinelli M, Huguenin JAO, Nussenzveig P, et al.PHYSICAL REVIEW A Volume: 70 Issue: 1 Article Number: 013812 (2004).


Os atuais laseres de bombeio dos nossos Ti:safira não conseguem fornecer mais a potência especificada, superando já em muito sua vida útil Um deles já tem o tubo danificado, e o outro está limitado a 2 W. Com o uso de um bombeio estável, poderemos alimentar dois laseres de Ti:safira, que podem operar com confortável potência de saída para servir de bombeio ao OPO. Com isso, teremos um campo de bombeio na frequência da transição atômica, e campos emaranhados, sinal e complementar, na faixa de transmissão de fibras óticas. Queremos usar estas propriedades para emaranhar sistemas atômicos remotos aproveitando o emaranhamento multicor do OPO.

Orçamento e justificativa – Grupo de Óptica e Informação Quântica – UFF

Resumo:



Total em R$

1 100.000,00 170.000,00 25.500,00 195.500,002 10.000,00 17.000,00 2.550,00 19.550,003 10.000,00 17.000,00 2.550,00 19.550,004 10.000,00 17.000,00 2.550,00 19.550,005 10.000,00 17.000,00 2.550,00 19.550,006 10.000,00 17.000,00 2.550,00 19.550,007 5.000,00 8.500,00 1.275,00 9.775,008 25.000,00 42.500,00 6.375,00 48.875,009 7.000,00 11.900,00 1.785,00 13.685,0010 7.000,00 11.900,00 1.785,00 13.685,00

Totais 194.000,00 329.800,00 49.470,00 379.270,00

Justificativa geral: O laboratório vem realizando experimentos que investigam o emaranhamento quântico, com estados de fótons emaranhados na polarização e nos graus de liberdade transversais. A utilização dos graus de liberdade transversais do fóton também tem sido investigada para aplicação em criptografia quântica. A solicitação acima, tem como objetivo a manutenção das técnicas experimentais existentes e o investimento em alguns dispositivos mais modernos, que ajudarão a tornar o trabalho de pesquisa mais competitivo.

Publicações recentes/relevantes na área:

1. da Silva LF, Khoury AZ, Dechoum KPHYSICAL REVIEW A, Volume: 78, Article Number: 025803 (2008).

2. Casaccino A, Galvão EF, Severini S.PHYSICAL REVIEW A, Volume 78, Article Number 022310 (2008).

3. Souza CER, Borges CVS, Khoury AZ, et al.PHYSICAL REVIEW A, Volume: 77, Article Number: 032345 (2008).

4. dos Santos BC, Souza CER, Dechoum K, et al.PHYSICAL REVIEW A, Volume: 76, Article Number: 053821 (2007).

5. Souza CER, Huguenin JAO, Milman P, et al.PHYSICAL REVIEW LETTERS, Volume: 99, Article Number: 160401 (2007).

6. Villar AS, Cassemiro KN, Dechoum K, et al.JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, Volume: 24, Pages: 249-256 (2007).

7. Huguenin JAO, Martinelli M, Caetano DP, et al.JOURNAL OF MODERN OPTICS, Volume: 53, Pages: 647-658 (2006).

8. Almeida MP, Huguenin JAO, Ribeiro PHS, et al.JOURNAL OF MODERN OPTICS, Volume: 53, Pages: 777-785 (2006).

9 Cormick C., Galvão EF., Gottesman D., Paz JP e Pittenger APHYSICAL REVIEW A, Volume 73, Article Number 012301 (2006).

10. dos Santos BC, Dechoum K, Khoury AZ, et al.PHYSICAL REVIEW A, Volume: 72, Article Number: 033820 (2005).

11. Huguenin JAO, Almeida MP, Ribeiro PHS, et al.PHYSICAL REVIEW A, Volume: 71, Article Number: 043818 (2005).

12. Galvão EF.PHYSICAL REVIEW A, Volume 71, Article Number 042302 (2005).


Item 1 - Laser de Nd:YAG com dobramento em frequência e dupla saída em 532nm e 1064nm: DIABOLO 1000-Innolight.

532nm/1064nm – 900mW/ 200mW – perfil circular – US$ 100.000,00 –

Justificativa : Este laser destina-se ao Laboratório de Óptica de Volta Redonda e tem por finalidade bombear e injetar um oscilador paramétrico óptico (OPO). Neste OPO será estudada a formação de imagens e padrões nas correlações quânticas entre os feixes gerados pelo dispositivo. O modelo solicitado é o mais completo e versátil disponível no mercado atualmente. No Laboratório de Óptica de Volta Redonda está sendo montada uma cavidade óptica degenerada, capaz de comportar a oscilação ressonante de padrões e imagens com estruturas complexas. Com a aquisição do laser solicitado será possível montar um OPO com a cavidade degenerada e observar as correlações quânticas.

Item 2 - Polarímetro Modelo PAX5700 – THORLABS – 01 unidade – US$ 10.000,00

Justificativa: Este aparelho destina-se à determinação precisa do estado de polarização de um feixe luminoso. Trata-se de um equipamento importante para o nosso laboratório uma vez que utilizamos vários estados de polarização da luz para transmitir e processar informação quântica.

Item 3 – Cristais não lineares

KTP e BBO para interação em 532nm-1064nm – 04 cristais com camada anti-reflexão – US$ 10.000,00

Justificativa: A utilização continuada dos cristais não lineares com feixes intensos causa desgaste e exige a substituição periódica destes componentes. Os cristais disponíveis atualmente no nosso laboratório já apresentam sinais claros de desgaste e precisam ser substituídos. Os cristais de BBO destinam-se à montagem de um OPO tipo I enquanto os cristais de KTP destinam-se à montagem de um OPO tipo II.

Item 4 - Posicionadores de precisão(estágios de deslocamento, suportes guimbal para espelhos e suportes rotativos para placas de onda)Pode ser fornecido por exemplo pela Newport – valor estimado : US$10.000,00

Justificativa: Estes elementos são indispensáveis à realização de qualquer experimento em óptica. Como pretendemos trabalhar com duas montagens, a utilização deste tipo de recurso será ainda mais intensa.

Item 5 - Óptica para visível e infra-vermelho(espelhos, lentes, polarizadores, placas de onda, filtros de interferência)Pode ser fornecido por exemplo pela Newport – valor estimado : US$10.000,00

Justificativa: Estes elementos são indispensáveis à realização de qualquer experimento em óptica. Como pretendemos trabalhar com duas montagens, a utilização deste tipo de recurso será ainda mais intensa.

Item 6 - Medidor de potência e de comprimento de onda – OMM-6810B ILX LightwaveUS$ 10.000,00

Justificativa: Este aparelho é capaz tanto de medir a potência óptica de um feixe como também de medir seu comprimento de onda com uma boa resolução. Trata-se de um aparelho de diagnóstico de grande utilidade na montagem dos experimentos.

Item 7 – Sensor de frente de onda “Shack-Hartmann”. Modelo WFS150C (200-1100nm) – THORLABS – 01 unidade – US$ 5.000,00

Justificativa: Este aparelho destina-se à aquisição de imagens e análise da frente de onda de um feixe luminoso. Ele vem acompanhado com o respectivo programa de aquisição que permite analisar e tratar as imagens adquiridas, bem como determinar a forma da frente de onda do feixe. Este aparelho será utilizado na aquisição de imagens transmitidas por uma cavidade degenerada e dos padrões gerados pelo oscilador paramétrico óptico, além de servir à caracterização da frente de onda dos vórtices ópticos produzidos no nosso laboratório.

Item 8 – Modulador espacial de feixes luminososModelo PLUTO Phase Modulator – HOLOEYE – 01 unidade – US$ 25.000,00

Justificativa: Este aparelho permite a modulação espacial de um feixe luminoso, de maneira a produzir um perfil de fase desejado na frente de onda do feixe. É um dispositivo essencial para a pesquisa envolvendo a manipulação de imagens e padrões, além de permitir a preparação de vórtices ópticos com alta eficiência para os experimentos com momento angular orbital.

Item 9 – Modulador eletro-ópticoModelo 4002 – NEW FOCUS – 02 unidades – US$ 7.000,00

Justificativa: Este dispositivo serve à modulação em fase de um feixe luminoso e é ingrediente essencial para a estabilização das cavidades ópticas dos OPOs. Esta estabilização é necessária às medidas de ruído e correlações quânticas, bem como à produção e caracterização dos estados emaranhados produzidos. O

modulador é inserido no feixe de bombeamento do OPO, a fim de gerar um sinal de erro a ser processado por um aparelho de servocontrole que deverá controlar a cavidade óptica do OPO.

Item 10 - Servocontrole de alta velocidade Modelo LB1005 - NEW FOCUS – 03 unidades – US$ 7.000,00

Justificativa: Este aparelho também é ingrediente essencial para a estabilização das cavidades ópticas dos OPOs. A partir do sinal de erro obtido com a modulação no feixe de bombeamento do OPO, o aparelho de servocontrole agirá sobre a cavidade óptica do OPO a fim de mante-la na condição de ressonância. Este procedimento é necessário às medidas de ruído e correlações quânticas, bem como à produção e caracterização dos estados emaranhados produzidos.

Orçamento e justificativa – LATIQ – UFC

Resumo:


Equipamento Fabricante Código do produto Quant.

Preço unitário (US$)

Preço total (US$)

Preço total (R$)

Gerador de atrasos SRS DG535 1 5.770,00 5.770,00 9.809,00

Contador de coincidência SRS SR400 1 5.885,00 5.885,00 10.004,50

Gerador de pulsos Agilent 33250A 1 4.571,00 4.571,00 7.770,70

Gerador de sinais analógicoAgilent N5181A MXG 1 12.414 12.414 21.103,80

Atenuador óptico variável ozoptic 14205 1 1.300,00 1.300,00 2.210,00

Controlador de PolarizaçãoThorlabs DPC5500-T 1 11.338,80 11.338,80 19.275,96

Medidor de potência óptica PM300 1 1.800,00 1.800,00 3.060, 00

Mesa Óptica Thorlabs PTM11111 1 4.408,10 4.408,10 7.493,77

Microscópio para fibra óptica Thorlabs CL-200 1 198,00 198,00 336,60

Fibra óptica monomodo – 1 km Thorlabs SMF-28-1000 1 460,00 460,00 782,00

Fibra óptica monomodo – 10m Thorlabs P1-1550A-FC-10 5 132.00 660,00 1.122,00

Fibra óptica monomodo – 2m Thorlabs P1-1550A-FC-2 5 72,90 364,50 619,65

Fibra óptica monomodo – 5m Thorlabs P1-1550A-FC-5 5 93.30 466,50 793,05

Fibra óptica PM - 2m Thorlabs P1-1550PM-FC-2 3 105.95 317,85 540,35

Fibra óptica PM - 5 m Thorlabs P1-1550PM-FC-5 3 156.50 469,50 798,15

Modulador de fase JDSU DUAL PARALLEL

MODULATOR

2 5.150,00 10.300

17.510,00

http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=P1-1550PM-FC-2




http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=P1-1550A-FC-5




http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=CL-200

DPMZ GENERIC

PM/PMModulador de amplitude JDSU FG10G-VOA 2 4.000,00 8.000,00 13.600,00

Controlador de polarização Thorlabs FBR05 3 958,80 2.876,40 4.889,88

Controlador de Polarização Thorlabs FPC031 2 227,80 455,600 774,52

Divisor de feixes por polarização JDSU FOOPCPBC-CP0111222 5 451,00 2.255,00 3.833,50

Circulador óptico Thorlabs 6015-3-FC 2 605,00 1210,00 2.057,00

Isolador óptico Thorlabs IO-H-1550FC 2 335,00 670,00 1.139,00

Receptor Óptico Thorlabs SIR5-FC 1 984,00 984,00 1.672,80

Receptor Óptico Thorlabs DET01CFC 1 274,00 274,00 465,80

Conectores ópticos Thorlabs ADAFC1 5 9,40 47,00 79,90

Conectores ópticos Thorlabs ADAFC2 5 10,40 52,00 88,40

Fotodiodo de avalanche Priceton PGA400 4 2.590,00 10.360,00 17.612,00

Diodo Laser 1532 nm Thorlabs DFB1531.90-20 2 1.104,00 2.208,00 3.753,60

Total:R$ 182.725,00

Cotação dólar: R$1,70

Justificativa geral: O laboratório já realizou um experimento de distribuição quântica de chaves em fibras ópticas e construiu dois detectores de fótons. A solicitação acima, tem como objetivo a manutenção das técnicas experimentais existentes e o investimento em alguns dispositivos mais modernos, que ajudarão a tornar o trabalho de pesquisa mais competitivo, tornando possível a construção de detectores de fótons e sistemas de distribuição quântica de chaves com melhores desempenhos.

Publicações recentes/relevantes na área: Journal of Modern Optics 55, 1231-1241 (2008), Microwave and Optical Technology Letters, 50, 236-241 (2008), Journal of Modern Optics, 55, 1279-1289 (2008), Physics Letters A, 372, 1190-1193 (2008), IEEE Journal of Quantum Electronics, 44, 113-118 (2008).


Equipamento Código do produto Quant. Preço total

(R$) Função

Gerador de atrasos

DG535 1

9.809,00 Realizar o sincronismo entre os pulsos de gatilho e a chegada dos fótons no

fotodiodoGerador de pulsos 33250A 1 7.770,70 Modular digitalmente o

modulador óptico de

http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=IO-H-1550APC

amplitude

Contador de coincidência

SR400 1 10.004,50

Contar o número de avalanches ocorridas para a determinação da eficiência e taxa de ruído do detector de

fótons

Gerador de sinais analógico

N5181A MXG 121.103,80

Fazer a modulação analógica dos moduladores ópticos de

amplitude e fase para os protocolos com codificação na

fase e na polarização

Atenuador óptico variável 14205 1 2.210,00 Atenuar o feixe óptico para ter em média 0,1 fótons por pulso

Controlador de Polarização

DPC5500-T 119.275,96

Controlar a polarização ao longo da rede óptica para

maximizar a visibilidade do interferômetro óptico e diminuir a taxa de erro

Medidor de potência óptica

PM300 1

3.060, 00 Determinação da potência óptica antes da atenuação para

que se possa calcular corretamente o valor a ser

atenuado

Mesa Óptica PTM11111 1 7.493,77 Mesa de suporte onde os experimentos serão montados

Microscópio para fibra óptica CL-200 1 336,60 Análise da necessidade de

limpeza das fibras ópticas Fibra óptica monomodo – 1 km SMF-28-1000 1 782,00 Simulação de um canal óptico

de 1kmFibra óptica monomodo – 10m P1-1550A-FC-10 5 1.122,00 Simulação de um canal óptico

de 10-50 mFibra óptica monomodo – 2m P1-1550A-FC-2 5 619,65 Montagem do interferômetro

ópticoFibra óptica monomodo – 5m P1-1550A-FC-5 5 793,05 Montagem do interferômetro

óptico

Fibra óptica PM - 2mP1-1550PM-FC-

2 3 540,35 Montagem do interferômetro óptico

Fibra óptica PM - 5 mP1-1550PM-FC-

5 3 798,15 Montagem do interferômetro óptico

Modulador de fase

DUAL PARALLEL

MODULATOR DPMZ

GENERIC PM/PM

2 17.510,00

Permitir modulação na fase do pulso óptico para realização dos protocolos baseados em codificação de fase (BB84 e deslocamento diferencial de

fase)

Modulador de amplitude FG10G-VOA 2 13.600,00 Tornar pulsada a luz CW emitida pelo laser

Controlador de polarização FBR05 3 4.889,88 Controle manual da polarização para redução da taxa de erro e definição do








http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=CL-200

valor do qubit em protocolo de distribuição quântica de

chaves baseado em polarização

Controlador de PolarizaçãoFPC031 2

774,52 Controle manual da polarização para redução da

taxa de erro

Divisor de feixes por polarização

FOOPCPBC-CP0111222 5

3.833,50 Montagem do interferômetro óptico e determinação do

qubit em protocolos baseados na polarização

Circulador óptico 6015-3-FC 2 2.057,00 Montagem do interferômetro óptico

Isolador óptico IO-H-1550FC 2 1.139,00 Proteção do diodo laser

Receptor Óptico

SIR5-FC 1

1.672,80 Detector óptico comum para o sincronismo na rede óptica

quando da execução dos protocolos de distribuição

quântica de chaves

Receptor Óptico

DET01CFC 1

465,80 Detector óptico comum para o sincronismo na rede óptica

quando da execução dos protocolos de distribuição

quântica de chaves

Conectores ópticosADAFC1 5

79,90 Conectar laser, atenuador, fibras, moduladores e

fotodiodo

Conectores ópticosADAFC2 5

88,40 Conectar laser, atenuador, fibras, moduladores e

fotodiodo

Fotodiodo de avalanche PGA400 4 17.612,00 Fotodiodo utilizado para detectar um fóton

Diodo Laser 1532 nm DFB1531.90-20 2 3.753,60 Fonte de luz coerente a ser atenuada

Fonte de TensãoE3631A (5A) 1 2.000,00

Alimentação de toda a parte de refrigeração (Peltiers e ventoinhas) do fotodido

Fonte de TensãoMPL-3303 (3A) 1 300,00 Alimentação de toda a parte

eletrônica do circuito do fotodiodo

Microcomputador

Processador Quad 2 GHz 3 6.000,00

Um fará o papel de Alice, o outro o de Bob e o terceiro

será utilizado para automação dos testes e medidas.

Orçamento e justificativa – Laboratório de Interações Atômicas – IFSC – USP SC

Resumo:


http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=IO-H-1550APC



Total em R$

1 76.000,00 129.200,00 19.380,00 148.580,002 30.000,00 51.000,00 7.650,00 58.650,003 35.000,00 59.500,00 8.925,00 68.425,00

Totais 141.000,00 239.700.00 35.955,00 275.655,00

Item 1 – Laser de Fentosegundo de FibraValor: US$ 76.000,00Justificativa: O laser em questão será utilizado para realizar o experimento de bombeamento óptico de moléculas frias para o estado vibracional fundamental do estado eletrônico fundamental da molécula KRb necessitamos da compra deste laser. Trata-se de um laser de fentosegundo (100fs, 60 mW, 775 nm). Este sistema é mais estável e confiável do que outros sistemas, como por exemplo, sistemas de Ti:Safira o qual ainda necessita de uma laser de bombeio.

Item 2 – Gerador de microondas 20 GHzValor: US$ 30.000,00Justificativa: O gerador de microondas será utilizado para excitação de átomos de Rydberg bem como para realizar transições entre os estados fundamentais moleculares em KRb.

Item 3 – Laser pulsado de CoranteValor: US$ 35.000,00Justificativa: O laser pulsado de corante será utilizado para fotoionizar as moléculas de modo que possam ser detectadas pelo detector de íons.

Os demais equipamentos necessários para o experimento de moléculas frias e átomos de Rydberg serão comprados através do auxílio vigente na Fapesp e um eventual que seguirá este.

Publicações recentes/relevantes na área: Physical Review Letters 99, 150604 (2007); Science 313, 649 (2006); Fortschritte der Physik, 54, 776 (2006); Physical Review. A 71, 054701 (2005); Phys. Rev. Lett. 92, 133203 (2004); Phys. Rev. Lett. 90 (14), 143002 (2003).

Orçamento e justificativa – UFAL 1

Resumo:



Total em R$

1 110,840.00 188.428,00 28.264,20 216.692,202 15,000.00 25.500,00 3.825,00 29.325,003 26,000.00 44.200,00 6.630,00 50.830,004 5,885.00 10.004,50 1.500,67 11.505,175 8,745.00 14.866,50 2.229,97 17.096,47

Totais 166,470.00 282.999,00 42.449,85 325.448,85

Justificativa geral: A presente proposta esta baseada na montagem de uma fonte de estados emaranhados multidimensionais e de circuitos ópticos que realizam operações lógicas condicionais usando elementos ópticos lineares. Estamos solicitando um conjuto de equipamentos que permitirão a implementação de uma nova técnica experimental em nossos laboratórios.


Item 1 - Laser de estado sólido Paladin Compact 355-4000, Coherent, potência máxima 4W, comprimento de onda 355nm, quasi-cwValor estimado: US$ 110,840.00Justificativa : Este laser será utilizado para bombear cristais não-lineares (BBO) e gerarmos os fótons gêmeos. Devido ao final de vida do tubo do laser de Argônio e para garantir o desenvolvimento deste projeto de forma independente, estamos solicitando esta fonte de excitação.

Item 2 – Elementos ópticos para controle de polarização (placas de onda, divisores de feixe polarizados e polarizadores), filtros de interferência e montagens (estágios de rotação, suporte para divisores de feixe, estágios de translação, etc).Valor estimado: US$ 15,000.00Justificativa: Com o uso da fonte de excitação em 355nm e a geração dos fótons gêmeos no comprimento de onda de 710nm faz-se necessário a aquisição de componentes ópticos para controle de polarização para implementarmos os circuitos ópticos e manipularmos o estado de polarização dos fótons gêmeos. Além disso, para a detecção dos fótons gêmeos em 710nm é necessário o uso de filtros de interferência centrados neste comprimento de onda. Por fim, necessitamos de montagens ópticas, tais como estágios de rotação e suportes para divisores de feixe, espelhos e cristais, para a montagem dos experimentos devido ao intenso uso das montagens que possuímos atualmente.

Item 3 – 4 (quatro) Módulos de contagem de fótons Perkin Elmer modelo SPCM-AQR14-FC Valor estimado: US$ 26,000.00Justificativa: Este modelo de detector de fótons permite realizarmos medidas de contagem de fótons com contagens de escuro (dark cont) < 100 contagens por segundo. Além disso, este módulo possui conector para fibra óptica, que facilita a eliminação de ruído externo além de torna a montagem mais prática. Com este conjunto de detectores, poderemos realizar contagens em coincidência envolvendo até dois pares de fótons. Tais medidas são essenciais para a caracterização da fonte de estados emaranhados multidimensionais.

Item 4 – Contator de fótons Stanford Research System SR400Valor estimado: US$ 5,885.00Justificativa: Este equipamento processa os sinais provenientes dos detectores de fótons, sendo responsável pela contagem em coincidência e contagens simples dos fótons gêmeos.

Item 5 – Contador de fótons multicanal Stanford Research System SR430Valor estimado: US$ 8,745.00Justificativa: Este equipamento é importante para realizarmos experimentos que envolvem contagens de fótons como função do tempo.

Orçamento e justificativa – UFAL 2

Resumo:



Total em R$

1 38.800,00 65.960,00 9.894,00 75.854,002 12,000,00 20.400,00 3.060,00 23.460,003 5.000,00 8.500,00 1.275,00 9.775,00

4 20.000,00 34.000,00 5.100,00 39.100,005 12.271,00 20.860,70 3.129,10 23.989,80

Total 88.071,00 149.720,70 22.458,10 172.178,80

Justificativa geral:

Os nossos trabalhos recentes vêm explorando a correlação de intensidades usando campos produzidos por uma fonte de luz clássica. O nosso interesse é mostrar quantitativamente o grau da correlação desses campos e, de forma conclusiva, estabelecer uma análise entre os aspectos clássico e quântico da correlação espacial de dois fótons. Paralelamente a estes estudos temos discutido a possibilidade da realização dos protocolos de teleportação quântica e emaranhamento de troca no espaço dos momentos. A solicitação apresentada acima tem como objetivo de dar continuidade aos trabalhos já iniciados bem como a realização das novas propostas. Em especial, a realização dos protocolos de teleportação e emaranhamento de troca vêm tendo um especial interesse devido ao desenvolvimento da comunicação quântica em longas distâncias.

Recent publications: Europhysics Letters, 82, 34004 (2008), Phys. Rev. A., under revision (2008) , Optics Letters, under revision (2008), Phys. Rev. A. accepted to publication (2008), Phys. Rev. A, 76, 032314 (2007), Phys. Rev. Lett. 26, 203601 (2006)


Item 1 – Câmera CCD da ANDOR modelo P/N DH734-18F-03 – 01 unidade – US$ 38.800,00

A câmera CCD modelo iStar DH734 da ANDOR, sensível a detecção de fótons, possui uma eficiência quântica em torno de 20% com uma janela de gatilho de 5ns. Devido as suas características ela será usada na aquisição do padrão de interferência condicional. A medida será feita em coincidência com a câmera CCD gatilhada a um módulo de contagem de fótons Modelo SPCM AQR-15 da Perkin Elmer. A câmera CCD funcionará como detector “bulk”, onde todo o padrão será detectado e o detector de fóton servirá de sinal de referência para a CCD. Com esse sistema seremos capazes de medir padrões de interferência condicional bem como obter imagens em coincidência. Ela também será utilizada na realização dos protocolos de teleportação quântica e emaranhamento de troca explorando a correlação dos pixels da CCD.

Item 2 - Detectores de diodo de avalancheModelo SPCM AQR-15 – Perkin Elmer – 02 unidades – US$ 12.000,00

Estes detectores de fótons com baixo ruído serão utilizados junto com a CCD câmera, já mencionada no item 1, para as medidas dos padrões de interferência condicional. Eles também serão utilizados nos experimentos de teleportação no espaço dos momentos e no de emaranhamento de troca. Para esses experimentos é necessário medir coincidência quádrupla.

Item 3 - Cristais PPLN

Cristais PPLN – 02 cristais com camada anti-reflexão – US$ 5.000,00

Esses cristais vêm sendo utilizado para gerar alta taxa de fluxo de fótons emaranhados. Eles serão utilizados nos experimentos de teleportação no espaço dos momentos e no experimento de emaranhamento de troca. Nestes experimentos são necessários dois cristais para a realização dos mesmos. Também serão utilizados no experimento da litografia quântica em 3D.

http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000096000009090501000001&idtype=cvips&gifs=Yes



Item 4 - Óptica (espelhos, lentes, polarizadores, placas de onda, filtros de interferência) e montagens

São componentes básicos que possibilitará as montagens dos experimentos propostos.

Item 5 – 1 Laser da coherent CUBE – 405 nm - 100mWCube diode laser-Coherent 405nm – 100mW – perfil circular – US$ 12.271,00 –

O laser de diodo CUBE será utilizado como fonte de bombeamento para gerar o fótons gêmeos.

Orçamento e justificativa – Laboratório de Comunicações Quânticas – PUC-Rio

Obs.: Somente equipamento, separando capital de custeio. As despesas com passagens e diárias serão cobertas através de GRANTS. Valor de referência por laboratório: R$ 500.000,00 devidamente justificado, indicando produção científica compatível em informação quântica, e/ou demonstrando a viabilidade de uma nova técnica experimental.

Resumo:



Total em R$

1 130,000.00 221.000,00 33.150,00 254.150,002 78,000.00 132.600,00 19.890,00 152.490,003 8,000.00 13.600,00 2.040,00 15.640,004 10,000.00 17.000,00 2.550,00 19.550,005 15,000.00 25.500,00 3.825,00 29.325,00

Totais 241.000,00 409.700,00 61.455,00 471.155,00

Justificativa geral: Todos os experimentos a serem desenvolvidos neste projeto dependem da possibilidade de geração de pares de fótons emaranhados em polarização cujo comprimento de coerência seja muito longo, bem como de métodos de medida de emaranhamento. A solicitação acima está relacionada a equipamentos indispensáveis para a realização dessas tarefas.

Publicações recentes/relevantes na área: Electronics Letters 41, 607-608 (2005); Optics Letters 31, 1094-1096 (2006); Optics Express 15, 6926-6933 (2007); Quantum Information and Computation 8, 01-11 (2008); Physical Review Letters 100, 090501 (2008); Electronics Letters 44, 228-229 (2008); Optics Express 16, 1867-1873 (2008); Proceedings of QCMC08 (2008); Proceedings of AQIS08 (2008).


Item 1 - Laser de Titânio-SafiraUltracompact, Widely Tunable, Narrow Linewidth Ti:Sapphire System – M Squared01 unidade – US$ 130.000,00

Justificativa : Para que o experimento de Hong-Ou-Mandel (etapa preliminar da Medida de Bell) possa ser realizado em um separador de feixes posicionado a uma distância muito grande da fonte, é necessário

utilizar fótons de altíssimo comprimento de coerência (> 10km), já que ambos os fótons do par emaranhado devem ser indistinguíveis no momento da medida. Desta forma, a realização de uma Medida de Bell de longa distância requer um laser de bombeio altamente coerente. Um laser sintonizável de Titânio-Safira é uma solução viável, pois ele produz radiação em torno de 775 nm com alta potência (~ 1W) e uma linha espectral de, no máximo, 50 kHz, a ser usado como bombeio na geração de pares de fótons emaranhados pelo processo de conversão paramétrica descendente (SPDC).

Item 2 – Módulos de contagem de fótons únicos Modelo id201 (InGaAs) – Id Quantique – 03 unidades – US$ 26.000,00 cada

Justificativa: Atualmente em nosso laboratório já possuímos um detector do tipo listado acima para detecção de fótons em 1550nm. Tendo em vista que qualquer medida de Bell emprega pelo menos dois detectores, necessitamos de pelo menos mais um detector de InGaAs para que medidas de coincidências se tornem possíveis no comprimento de onda de interesse. No entanto, muitos experimentos requerem coincidências triplas ou quádruplas, como é o caso do experimento de Hong-Ou-Mandel que desejamos realizar à longa distância. Além disso, o experimento de criptografia quântica usando fótons emaranhados também requer no mínimo 4 detectores, 2 para Alice e 2 para Bob, no caso de uma configuração usando escolha ativa de bases.

Item 3 – Moduladores de Fase Modelo LPM001 – General Photonics – 02 unidades – US$ 4.000,00 cada

Justificativa: Os controladores de polarização utilizados para codificar a informação quântica só respondem a freqüências abaixo de 50 MHz; no entanto, sistemas de comunicações quânticas operando a GHz já foram demonstrados em laboratório. Para que taxas como essa possam ser atingidas, é necessário utilizar moduladores de fase para se alterar o estado de polarização da luz, usando uma configuração com interferômetros. Taxas elevadas são de extrema importância para a criptografia quântica de longa distância, pois a ausência de repetidores (quânticos) implica em grandes perdas, que devem ser compensadas com uma alta taxa de transmissão.

Item 4 – Guia de onda PPKTP

Guia de onda PPKTP para interação Tipo II 775(e) 1550(o) + 1550(e) – 01 unidade – US$ 10.000,00

Justificativa: A geração de pares de fótons emaranhados em polarização depende de um cristal não-linear capaz de realizar uma interação do tipo II, na qual os fótons gerados possuem polarizações ortogonais. Dado que se trata de um processo degenerado, ou seja, os comprimentos de onda dos fótons gerados são iguais, é extremamente vantajoso gerá-los com polarizações ortogonais pois eles podem ser facilmente separados em um cubo separador de feixes de polarização (PBS).

Item 5 – Controladores de Polarização Modelo EOSPACE – 05 unidades – US$ 3.000,00 cada

Justificativa: Elementos capazes de variar rapidamente o estado de polarização da luz são essenciais em qualquer sistema de comunicações quânticas que utilize codificação em polarização, seja via fibras ópticas ou via espaço livre, tanto na transmissão como na codificação. Além disso, nos enlaces via fibras ópticas, sistemas que utilizem codificação em polarização dependem da presença de sistemas rápidos de controle de polarização para funcionarem. Por esse motivo, diversos módulos de controle de polarização serão construídos para garantir que os estados de polarização na entrada e na saída de cada enlace de fibra sejam arbitrariamente próximos. Os controladores de polarização EOSPACE, de niobato de lítio, são

capazes de gerar taxas de modulação de polarização de 50MHz, um valor adequado a nossas necessidades.Apesar de também ser possível implementar escolhas de base com elementos passivos, o que aparentemente seria mais simples pois dispensaria esses controladores de polarização, o custo total da montagem acaba se tornando muito maior devido ao maior número necessário de detectores e lasers.

Apêndice VI – Projetos Financiados nos Últimos 5 Anos


Edital: Universal CNPq 2006 Valor: 33.900,00Participantes: IndividualTítulo: Redes Quânticas com Ensembles AtômicosVigência: 10/2006 a 10/2008 Coordenador: Daniel Felinto Pires Barbosa

Edital: Universal CNPq 2007 Valor: R$ 70.000,00Título: Espectroscopia não linear em sistemas atômicos e molecularesParticipantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2009Coordenador: Sandra Sampaio Vianna

Edital: Universal CNPq 2007 Valor: 77.584,00 Participantes: IndividualTítulo: Espectroscopia e armazenamento coerente de luz em átomos friosVigência: 10/2007 a 10/2009 Coordenador: José W. R. Tabosa

Edital: PRONEX CNPq/FACEPEValor: R$ 504.847,51Participantes: UFPE/UFRPETítulo: “Física Atômica e Ótica Quântica”Vigência: 10/2006 a 10/2009Coordenador: Lucio Hora Acioli


Edital: Demanda Espontânea FAPEAL 2003Valor: R$ 20.000,00 Título: Características quânticas dos feixes não difratantes e medida do índice de refração não linear utilizando fótons correlacionadosParticipantes: IndividualVigência: 09/2003 a 09/2004 Coordenador: Eduardo Jorge da Silva Fonseca

Edital: Primeiros projetos FAPEAL 2003Valor: R$ 25.000,00 Título: Estudo de propriedades espaciais e temporais de fótons emaranhados

Participantes: IndividualVigência: 10/2003 a 10/2004 Coordenador: Eduardo Jorge da Silva Fonseca

Edital: Bolsa de Desenvolvimento Científico Regional CNPq/FAPEALValor: R$ 50.000,00Participantes: UFALTítulo: Estados emaranhados multidimensionais utilizando o momento angular orbital da luz.Vigência: 08/2004 - 08/2007Coordenador: Dilson Pereira Caetano

Edital: EDITAL MCT/CNPq – 027/2007 – Bolsa de MestradoValor: Bolsa de Mestrado pelo período de 24 meses.Participantes: UFALTítulo: Preparação e caracterização de uma fonte de estados emaranhados multi-dimensionais do campo eletromagnético usando conversão paramétrica descendenteVigência: 10/2008 - 10/2010Coordenador: Dilson Pereira Caetano


Edital: Universal CNPq 2007 Valor: R$ 61.000,00 Título: Fabricação de detectores de fótons para comunicação e computação quânticas.Participantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2009 Coordenador: Rubens Viana Ramos

ENLIGHT – UFMG

Edital: Universal CNPq 2008 Valor: R$ 82.000,00 Título: Estudo e aplicações de estados emaranhados de dois fótonsParticipantes: IndividualVigência: 3/2008 a 3/2010 Coordenador: Carlos Henrique Monken

Edital: Universal FAPEMIG 2007 Valor: R$ 49.044,00 Título: Ótica e informação quântica com cristais líquidos programáveisParticipantes: IndividualVigência: 23/10/2007 - 23/10/2009 Coordenador: Sebastião José Nascimento de Pádua

Edital: CNPq -CONICYT (Acordo de Cooperação)Valor: R$ 15.000,00 Participantes: UFMG/UdeC-ChileTítulo: Emaranhamento e Implementação de protocolos de informação quânticaVigência: 01/06/2006 a 01/06/2008Coordenador: Sebastião José Nascimento de Pádua

Edital: Universal CNPq 2004Valor: R$ 7.000,00 Participantes: IndividualTítulo: Ótica e informação Quântica com fótons gêmeos.Vigência: 01/06/2005 a 01/06/2007Coordenador: Sebastião José Nascimento de Pádua

Edital: FAPEMIG 2004 Valor: R$ 130.000,00 Título: Óptica Quântica com pulsos curtosParticipantes: IndividualVigência: 20/08/2004 - 20/08/2006 Coordenador: Sebastião José Nascimento de Pádua

Edital: Universal CNPq 2007 Valor: R$ 10.800,00 Título: EmaranhamentoParticipantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2009 Coordenador: Marcelo Terra Cunha

Edital: Universal Fapemig 2006Valor: R$ 19.443,75Participantes: IndividualTítulo: Emaranhamento: Teoria e AplicaçõesVigência: 12/2006 a 11/2008Coordenador: Marcelo Terra Cunha

Edital: Programa Pesquisador Mineiro – PPM - FapemigValor: R$ 48.000,00Participantes: IndividualTítulo: EmaranhamentoVigência: 07/2007 a 06/2009Coordenador: Marcelo Terra Cunha

Edital: Universal CNPq 2006 Valor: R$ 14.850,00 Título: Teoria de Óptica Quântica e aplicações em Informação QuânticaParticipantes: IndividualVigência: 12/2006 a 11/2008 Coordenador: Marcelo França Santos

Edital: Universal Fapemig 2006Valor: R$ 11.791,66Participantes: IndividualTítulo: Dinâmica de estados quânticos em ótica quântica e aplicações em informação quântica. Vigência: 01/2007 a 01/2009Coordenador: Marcelo França Santos

Edital: Programa Pesquisador Mineiro – PPM2 - Fapemig

Valor: R$ 48.000,00Participantes: IndividualTítulo: Estudo de emaranhamento e manipulação de estados quânticosVigência: 07/2008 a 07/2010Coordenador: Marcelo França Santos


Edital: Procad 2007Valor: R$ 123.873,5 (UFU) + R$ 223.891,20 (UFSCar)Título: Estrutura eletrônica e óptica em pontos quânticos: aplicações em transporte de spin e informação quântica.Participantes: diversos da UFUVigência: 2007-2010Coordenador: Gilmar E. Marques (UFSCar), Augusto M. Alcalde Milla (UFU).

Edital: Programa Nacional de Pós-Doutorado PNPD 2008Valor: bolsa de R$ 3.300,00 mensais por 60 meses mais 12.000,00 por ano para gastos de custeioTítulo: Pós-Doutorado em Física Teórica da Matéria Condensada – INFIS-UFUParticipantes: a definirVigência: 2008-2013Coordenador: Augusto Miguel Alcalde Milla

Edital: Programa Pesquisador Mineiro - FAPEMIGValor: R$ 48.000,00Título: Propriedades dinâmicas e fases geométricas em sistemas atômicos e de estado sólidoParticipantes: IndividualVigência: 01/07/2007- 30/06/2009Coordenador: Augusto M. Alcalde Milla

Edital: FAPEMIG Auxilio à pesquisa 2005Valor: R$. 14.305,33 + 2.676,02Titulo: Qubits em pontos quânticos semicondutores. CEX - 523/05Participantes: IndividualVigência: 06/12/05 - 04/01/2008Coordenador: Augusto M. Alcalde Milla

Edital: CNPq - Projeto Universal 2005Valor: R$ 12.000,00Titulo: Qubits em pontos quânticos. Processo 473854/04-0Participantes: IndividualVigência: 08/2005 - 07/2007Coordenador: Augusto M. Alcalde Milla

Edital: Programa Pesquisador MineiroValor: R$ 48.000,00Título: Transporte eletrônico de spin-polarizado via moléculas de pontos quânticos magnéticosParticipantes: IndividualVigência: 2007-2009Coordenador: Qu Fanyao

Edital: MCT/CNPq 02/2006Valor: R$18.000,00Título: Transporte eletrônico de spin-polarizado através de pontos quânticos dopados com íons magnéticosParticipantes: Noelio Oliveira Dantas, Adamo F. G. Monte, Qu Fanyao.Vigência: 2006-2008Coordenador: Qu Fanyao


Edital: PENSA-RIO - FAPERJ Valor: R$ 400.000,00 Título: Uso da Mecânica Quântica para o desenvolvimento de novas tecnologias de informação e comunicação Participantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2010 Coordenador: Paulo Henrique Souto Ribeiro

Edital: Cientistas do nosso estado - FAPERJ Valor: R$ 48.000,00 Título: Experimentos com Estados emaranhados de FótonsParticipantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2009 Coordenador: Paulo Henrique Souto Ribeiro

Edital: Universal CNPq 2007 Valor: R$ 40.000,00 Título: Estudo do Emaranhamento Quântico Aplicado à Informação QuânticaParticipantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2009Coordenador: Paulo Henrique Souto Ribeiro

Edital: Universal CNPq 2007 Valor: R$ 16.000,00 Participantes: IndividualTítulo: Informação Quântica com Propriedade Espaciais da LuzVigência: 10/2007 a 10/2009 Coordenador: Stephen Patrick Walborn

Edital: APQ1 FAPERJ Valor: R$ 24.000,00 Participantes: IndividualTítulo: Informação Quântica com Propriedade Espaciais da LuzVigência: 11/2007 a 11/2008 Coordenador: Stephen Patrick Walborn

Edital: PRONEX CNPq/FAPERJValor: R$ 480.000,00Participantes: UFRJ/UFF/EEIMVRTítulo: Informação Quântica e Óptica Quântica

Vigência: 10/2006 a 10/2009Coordenador: Luiz Davidovich


Edital: Cientista do Nosso Estado - FAPERJ Valor: R$ 48.000,00 Participantes: IndividualTítulo: Física Atômica e MolecularVigência: 12/2006 a 12/2008Coordenador: Nelson Velho de Castro Faria

Edital: Cientista do Nosso Estado - FAPERJ Valor: R$ 48.000,00 Participantes: IndividualTítulo: Física Atômica e MolecularVigência: 12/2004 a 12/2006Coordenador: Nelson Velho de Castro Faria

Edital: Apoio às Instituições de Pesquisa do Rio de JaneiroValor: R$ 382.825,00 Participantes: LaCAMTítulo: Apoio a infra-estrutura experimental do LaCAMVigência: 12/2007 a 06/2009Coordenador: Nelson Velho de Castro Faria

Edital: Universal CNPqValor: R$ 41.000,00 Participantes: IndividualTítulo: Física Atômica e MolecularVigência: 06/2005 a 10/2007Coordenador: Nelson Velho de Castro Faria

Edital: PRONEX CNPq/FAPERJValor: R$ 400.000,00Participantes: UFRJ/UFF/CEFETTítulo: Informação Quântica e Física AtômicaVigência: 10/2003/10/2006Coordenador: Nelson Velho de Castro Faria


Edital: PRONEX 2006 (CNPq/FAPERJ) Valor: R$ 55.000,00 (parte do laboratório)Participantes: UFRJ/UFF/CEFET-RJTítulo: NÚCLEO DE ESTUDOS EM ESPALHAMENTO, APRISIONAMENTO E ESPECTROSCOPIA DE ÁTOMOS, MOLÉCULAS E ÍONS.Vigência: 10/2006 a 10/2009Coordenador: Eduardo Chaves Montenegro


Edital: Cientistas do nosso estado - FAPERJ Valor: R$ 48.000,00 Título: Óptica quântics e atômica e Informação quânticaParticipantes: IndividualVigência: 2006 a 2008 Coordenador: Luiz Davidovich


Edital: Programa Institutos do MilênioValor: R$ 2.460.000,00 Título: Instituto de nanotecnologiaParticipantes: 100, de várias áreasVigência: 2005/2008 Coordenadora: Belita Koiller

Edital: Cientista do Nosso Estado (FAPERJ)Valor: R$ 48.000,00Participantes: 3 (UFRJ)Título: Sistemas semicondutorres nanoestruturadosVigência: 10/2007 a 09/2009 Coordenadora: Belita Koiller

Edital: Apoio ao estudo de temas para o Rio de JaneiroValor: R$ 92.000,00Participantes: 10 (UFRJ)Título: Modelagem de Materiais nanoestruturadosVigência: 12/2007 a 12/2008Coordenadora: Belita Koiller


Edital: Universal CNPq 2006 Valor: R$ 40.000,00 Título: Correlações espaciais e formação de padrões em osciladores paramétricos ópticos.Participantes: IndividualVigência: 10/2006 a 10/2008Coordenador: Antonio Zelaquett Khoury

Edital: PRONEX CNPq/FAPERJValor: R$ 400.000,00Participantes: UFRJ/UFF/EEIMVRTítulo: Informação Quântica e Óptica QuânticaVigência: 10/2006/10/2009Coordenador: Luiz Davidovich

Edital: PENSA-RIO - FAPERJ Valor: R$ 400.000,00 Título: Uso da Mecânica Quântica para o desenvolvimento de novas tecnologias de informação e comunicação

Participantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2010 Coordenador: Paulo Henrique Souto Ribeiro


Edital: Programa Primeiros Projetos FAPERJ 2006Valor: R$ 15.000,00 Título: Física da Informação Quântica, Descoerência e Fenômenos CríticosParticipantes: IndividualVigência: 12/2006 a 12/2008Coordenador: Marcelo Silva Sarandy

Edital: Universal CNPq 2007 Valor: R$ 15.861,05 Título: Informação Quântica: Descoerência e Aplicações do Emaranhamento em Fenômenos Críticos Participantes: IndividualVigência: 10/2007 a 10/2009Coordenador: Marcelo Silva Sarandy

Edital: Programa Pensa Rio FAPERJ 2007 Valor: R$ 280.000,00Título: Novos Materiais Magnéticos e Aplicações: Informação Quântica, Liquefação Magnética e SupercondutividadeParticipantes: UFF-Niterói, UFF-Volta Redonda, UFRJVigência: 10/2007 a 10/2009Coordenador: Múcio Amado Continentino (IF-UFF)

Edital: Grupos Emergentes 2008Valor: R$ 137.360,00Título: Computação Quântica, Controle quântico e sistemas nanoscópicosParticipantes: UFF-Niterói, UFF-Volta RedondaVigência: 08/2008 a 08/2010Coordenador: Antônio Tavares da Costa Jr. (IF-UFF)


Projeto CAPES/COFECUB 606/08 (2008) Título: Sistemas Mesoscópicos: Desordem, Decoerência e Transporte Coordenadores: Alfredo M. Ozorio de Almeida (CBPF, Brasil) e Denis Ullmo (Université Paris-Sud, França) Período: 04 anos

UNESCO/IBSP Project 3-BR-06 (2006) Título: Transport in Quantum Systems Coordenador: Alfredo M. Ozorio de Almeida (CBPF) Valor da Concessão: U$S10.000,00 Período: 12 meses

Auxílio Universal CNPq (2004) Título: Dinâmica Caótica em Sistemas Quânticos Abertos

Coordenador: Alfredo M. Ozorio de Almeida (CBPF) Valor da Concessão: R$4.300,00 Período: 24 meses Cientista de Nosso Estado – FAPERJ (2007)Título: Dinâmica Caótica em Sistemas Quânticos Abertos Coordenador: Alfredo M. Ozorio de Almeida (CBPF)Valor da Concessão: R$48.000,00 Período: 24 meses


Edital: CNPq Universal 2005Valor: R$ 30.000,00Título: CRIPTOGRAFIA QUÂNTICAParticipantes: IndividualVigência: 11/7/2005 a 1/7/2007Coordenador: Jean Pierre von der Weid

Edital: CNPq Universal 2006Valor: R$ 38.000,00Título: CRIPTOGRAFIA QUÂNTICAParticipantes: IndividualVigência: 9/1/2008 a 7/1/2010Coordenador: Jean Pierre von der Weid Edital: FAPERJ APQ1 2007Valor: R$ 24.000,00 Título: Criptografia Quântica de Longa Distância via Fibras ÓpticasParticipantes: IndividualVigência: 20/12/07 a 14/12/08Coordenador: Guilherme Penello Temporão Edital: CAPES Pró-Equipamentos 01/2007Valor: R$ 50.000,00 Participantes: PUC-Rio/UFRJTítulo: LABORATÓRIO DE ÓPTICA QUÂNTICAVigência: 31/10/07 a 25/10/08 Coordenador: Jean Pierre von der Weid Edital: FAPERJ Pensa Rio 2007Valor: R$ 234.500,00Participantes: IndividualTítulo: Comunicações QuânticasVigência: 20/12/07 a 14/12/08Coordenador: Jean Pierre von der Weid


Edital: Auxílio à pesquisa – FAPESP # 04/14605-2Valor: R$ 20.680,00 + R$ 5.170,00 (reserva técnica)

Título: Medição, Controle e Processamento Quântico de Informação.Participantes: IndividualVigência: 03/2005 a 12/2007Coordenador: Marcos Cesar de Oliveira

Edital: Auxílio à pesquisa – PAPDIC/FAEPEX (UNICAMP). # 1678/04Valor: R$ 7.000,00 Título: Processamento Quântico de Informação.Participantes: IndividualVigência: 02/2005 a 02/2007Coordenador: Marcos Cesar de Oliveira

Edital: Institutos do Milênio – CNPq # 420248/2005-6Valor: R$ 2.000.000,00 Título: Instituto do Milênio em Informação QuânticaParticipantes: UNICAMP, IFUSP, IFSC, UFSCar, LNLS, UFRJ, UFF, CBPF, UERJ, UFMG, UFPE, UFAL.Vigência: 11/2005 a 11/2008Coordenador: Amir Ordacgi Caldeira

Edital: Projeto temático FAPESP Auxílio à pesquisa – FAPESP # 04/14605-2Valor: R$ 108.030,00Título: Métodos não perturbativos aplicados a sistemas eletrônicos correlacionadosParticipantes: UNICAMP, IFSCVigência: 04/2008 a 31/03/2012Coordenador: Amir Ordacgi Caldeira


Projeto Temático Fapesp, Processo 2002/07473-7 Título: Códigos geometricamente uniformes em espaços homogêneos

Vigência: 01/ 07/ 2003 a 30/ 10/ 07

Projeto Temático Fapesp, Processo No. 2007/56052-8Título:Teoria da Informação e CódigosVigência: 01/04/08 a 31/03/12


1. Projeto temático FAPESP No. 00/15084-5. Valor: R$ 96.000,00 Título: Átomos, íons e campos em armadilhas e cavidades Vigência: 2002-2005 Participantes: DFCM/IFSC/USP e DF/UFSCar;

Coordenador: Salomon S. Mizrahi

2. Projeto temático FAPESP No. 05/04105-5. Valor: R$ 144.000,00 Título: Átomos, íons e campos em armadilhas e cavidades Vigência: 2006-2009 Participantes: DFCM/IFSC/USP e DF/UFSCar;

Coordenador: Salomon S. Mizrahi


Individuais : Paulo Nussenzveig

Auxílio à Pesquisa FAPESP - proc. Vigência: Valor R$100.000,00

Auxílio Individual – Universal – CNPq – proc.

Vigência: outubro/2006 a outubro/2008 Valor total R$ 22.000,00

Individuais : Marcelo Martinelli

Auxílio à Pesquisa FAPESP - proc. 04/13587-0Informação Quântica e Emaranhamento com Átomos em Redes ÓticasVigência: maio/2005 a abril/2007 Valor R$100.000,00

Auxílio Individual – Universal – CNPq – proc. 476159/2006-7Controle de Informação Quântica com Átomos em Redes ÓticasVigência: outubro/2006 a outubro/2008 Valor total R$ 10.676,00

Pró-Reitoria de Pesquisa - USP --Projeto 1 – anualabril/2005 (R$ 3.500,00) abril/2006 (R$ 3.500,00) junho/2006 (R$ 3.500,00) julho/2007 (R$ 3.000,00).

Conjuntos:

Instituto do Milênio de Informação Quântica - CNPqCoord. Amir Caldeira (IFGW-Unicamp)Vigência: 2006-2008 -- valor total R$ 90.000,00

Instituto do Milênio - CNPq : Informação QuânticaCoord. Luiz Davidovich (IF-UFRJ)Vigência: 2002-2005 -- valor total R$ 150.000,00


Projeto temático da FAPESP (2006/55423-0) sob a coordenação de A. F. R. de Toledo PizaVigência: Novembro 2006 – Outubro 2010


Edital: Universal CNPq 2004Valor: R$ 7.000,00 Título: Estudo da Informação Quântica em Sistemas AcopladosParticipantes: UEPG/UNB

Vigência: 08/2005 a 09/2007Coordenador: Antonio Sérgio Magalhães de Castro

Edital: MEC/FINEP/Capes/CNPq/MCT 2008Valor: R$ 258.000,00Título: Emaranhamento Multipartido e Computação Quântica HíbridaParticipantes: UEPGVigência: 5 anos a partir da data de implementação (deve ocorrer ainda em 2008)Coordenador: Fernando Luis Semião da Silva

Apêndice VII – Detalhamento da Infra-estrutura


Equipamentos obtidos até o momento para o LIQA

- 2 detetores de fótons individuais (APDs) da Perkin Elmer- Placa contadora de fótons (P7888 da Fast ComTec)

Infraestrutura do Laboratório de Átomos Frios (LAF)

- Laser de Ti-Safira (Coherent- 899) bombeado por laser de Argônio (Coherent-Innova-400) - Armadilha Magneto-Ótica - Lasers de diodo 500 mW (TAP-100, Toptica) - Sistemas de lasers de diodo com cavidade externa (construção própria) - Analisador de espectro (HP, 1,8 GHz)- Osciloscópio digital (HP- 100 MHz) - Osciloscópio digital (LeCroy- 400 MHz) - Osciloscópios analógicos (Minipa- 20 MHz) - Bomba de vácuo iônica (20 l/s) - Bomba de vácuo mecânica - Componentes óticos diversos - Microcomputadores

Infraestrutura do Laboratório de Física Atômica e Lasers Pulsados (LAFAP):- Laser Verdi 6W- Laser de Nd:YAG, Continuum, pulsado 10 ns.- Espectrômetro Spex;- Eletrônica para aquisição de dados: Lock-in e Box-car (Stanford);- Sistemas eletrônicos para a detecção de sinal ótico - detectores diversos: fotomultiplicadora;

osciloscópios- Lasers de corante, heat-pipe e células atômicas, montados no laboratório;- Espelhos, prismas, lentes e polarizadores;- Microcomputadores para aquisição e tratamento de dados;


2 Mesas óticas TMC com suspensão pneumática; Osciloscópio Tektronix digital 100 MHz; Câmeras CCD; Cristais não lineares BBO;

Componentes ópticos e montagens de uso geral, tais como lentes, espelhos, prismas, suportes para lentes e espelhos, etc.

laser de argônio Innova 308, Coherent; 2 detectores de fótons Perkin-Elmer (single photon detectors); placas de aquisição digital National Instruments; modulador de fase espacial Hamamatsu; contador de fótons Stanford SR400;


As atividades de pesquisa desenvolvidas pelo Laboratório de Tecnologia da Informação Quântica têm o suporte de uma estrutura laboratorial básica com equipamentos úteis à realização de experimentos de comunicações ópticas clássicas e quânticas, em fibras ópticas, de baixa complexidade.

Enlight – UFMG

- Dois lasers de He-Cádmio;- Dois lasers de He-Ne para alinhamento;- Um laser de titânio-safira, pulsado, mode-locked de femtosegundo;- Cristais de iodato de lítio e BBO;- Quatro módulos de contagem de fótons; eletrônica de discriminação e formatação de pulsos;- Eletrônica rápida para contagem de coincidências; - Sistema automático de deslocamento micrométrico de posicionadores lineares e angulares;- Espelhos, prismas, divisores de feixes e lentes;- Medidor de comprimento de onda;- Interferômetro de Fabry-Perot com gerador de rampa;- Osciloscópio;- Computadores e impressoras.-- Oficinas mecânica e eletrônica do Departamento de Física para apoio.- Sala de reuniões e computação equipada com 2 computadores, impressora, roteador.


O INFIS-UFU conta atualmente com os seguintes cursos de Física, (i) Licenciatura, (ii)Bacharelado em Física dos Materiais, (iii) Mestrado em Física, (iv) Doutorado em Física. Isto garante o envolvimento de estudantes nas atividades associadas a esta linha de pesquisa. Quanto à infraestrutura, conta-se com dois laboratórios para realização de cálculo numérico.


- Duas mesas ópticas com sistema de isolamento vibracional;- Um laser de He-Cd operando em onda contínua(CW);- Um laser VERDI V5(CW);- Um laser Titânio-Safira Chameleon, com saída de 3,3W @ 800nm, em pulso de 100fs.- Um kit de laser Ti-As femtosegundo;- Cristais de iodato de lítio, BBO e PPKTP- Seis módulos de contagem de fótons constituído de diodos de avalanche, refrigeração por efeito Peltier; eletrônica de discriminação e formatação de pulsos;- Um módulo quádruplo de contagem de fótons constituído de diodos de avalanche.- Eletrônica rápida para contagem de coincidências simples, duplas, triplas e quádruplas; - Posicionadores micrométricos;

- Espelhos, prismas e lentes;- Óptica de polarização:polarizadores e placas de onda;- Microcomputador para aquisição e tratamento de dados.


- Um acelerador de íons positivos e negativos;- Um canhão de elétrons;- Uma câmara contendo um jato supersônico;- Detectores;- Diversos módulos de detecção e contagem de partículas;- Eletrônica rápida para contagem de coincidências;- Posicionadores micrométricos;- Microcomputadores para aquisição e tratamento de dados.


- Duas mesas ópticas com sistema de isolamento vibracional;- Um laser de Ti:sapphire operando em onda contínua(CW);- Um laser de Nd:YAG pulsado para ablação (Continuum);- Três lasers de diodo CW e 2 módulos de controle da Sacher-LaserTechnique (972nm, 860 nm e 670 nm)- Cristais de KNbO3, BBO- Fotodiodos, Fotomultiplicadora, MCP’s - Ótica e montagens - Criostato Janis de Helio-Líquido- Criostatos de Transporte de l-He e l-N2- Fonte de Corrente de Magneto Supercondutor de 100A- Sistema de Aquisição/Controle de Dados e eletrônica em geral (multímetros, osciloscópios, fontes, geradores de RF, uW, etc).

Grupo de Óptica Quântica e Informação Quântica – UFRJ

- Computadores e laptops em gabinetes.


- Rede de estações de trabalho com 20 máquinas AMD Athlon (Processador 64 X2 Dual Core 5600, 3941 Mb de memória RAM) - Computadores e laptops em gabinetes.


- Três mesas ópticas, sendo uma com sistema de isolamento vibracional;- Dois lasers de He-Ne operando em onda contínua(CW);- Um laser DIABOLO 1000 largura de linha estrita (CW @532 nm/ 1064 nm);- Um laser LIGHTWAVE 400 largura de linha estrita (CW@532 nm);- Dois lasers ALTECHNA de Nd:YAG com dobramento de frequência (CW@532 nm). (banda larga)- Um laser ALTECHNA de Nd:YAG banda larga (CW@1064 nm)- Cristais não lineares de BBO e KTP;

- Quatro módulos de contagem de fótons;- Eletrônica rápida para contagem de coincidências; - Posicionadores micrométricos;- Espelhos, prismas e lentes;- Óptica de polarização: polarizadores e placas de onda;- Microcomputadores para aquisição e tratamento de dados.


- Mesa óptica com sistema de isolamento vibracional;- Um laser Nd:YAG (512/1024nm) operando em onda contínua (CW);- Diversos lasers semicondutores operando a 1550nm;- 2 cristais PPLN com casamento de fase para geração de fótons a 1550 nm;- Dois módulos de contagem de fótons únicos: IdQuantique id100 (Si, 400-1000nm) e IdQuantique id201

(InGaAs, 1550nm);- Analisador de Espectro Óptico Anritsu;- Gerador de atraso Stanford;- Eletrônica rápida para contagem de coincidências; - Posicionadores micrométricos;- Espelhos, prismas e lentes;- Óptica de polarização: polarizadores e placas de onda;- Fibras ópticas e componentes relacionados (conectores, separadores de feixe, isoladores, redes de Bragg,

WDMs, etc);- Microcomputador para aquisição e tratamento de dados.


- Espaço físico para estudantes e pesquisadores;- Terminais de computadores ;- Centro de Supercomputação - UFABC (Será utilizado em simulações de algoritmos quânticos)i) Supercomputador Altix SGI, 136 processadores (cores) Itanium 2 (64 bits) com 272GB de memória RAM compartilhada e mais de 15Tb de espaço disponível em discoii) Cluster com 15 nós, cada um contendo 2 processadores Intel Xeon dual core e 4GB de memória RAM, 1.5TB de espaço em disco. Isso totaliza 30 “cores” de processamento.

Laboratório de Interações Atômicas – USP-SC

Duas mesas ópticas com sistema de isolamento vibracional; Laser de Ti:Safira + Verdi (US$ 200.000,00) (para fotoassociação de moléculas); 2 Laser de Corante Pulsado + 2 Bombeio (US$ 110.000,00) (ionização de moléculas e excitação

de átomos de Rydberg); Bomba turbo-molecular (US$ 25.000,00) (vácuo na câmara durante o processo de limpeza das

mesmas); Medidor de onda (US$25.000,00) (sintonia dos lasers pulsado e CW); Sistema Box-Car (US$ 12.000,00) (aquisição de sinais de ions); 2 Oscisloscópios Digital (US$ 7.000,00) (acompanhamento de sinais); 2 geradores de atraso (US$ 10.000,00); 2 sistemas de refrigeração Neslab (US$ 8.000,00) (refrigeração de lasers e outros componentes); 4 sistema laser estabilizado (US$ 90.000,00) (aprisionamento de Rb e K). 1 laser de CO2 de 100W (US$ 35.000,00) (armadilha de dipolo para átomos de Rydberg) 1 laser de fibra de 40W (US$ 27.000,00) (armadilha de dipolo para moléculas frias)

4 bombas iônicas e controladores (US$ 12.000,00) (sistema de vácuo para ambos experimentos)

Grupo de Informação Quântica Teórica – UFSCAR/USP-SC/UCG

- O Grupo conta com 10 computadores (Pentium IV) de médio desempenho que são utilizados individualmente pelos membros do grupo:- Há 02 impressoras de jatos de tinta (HP).- Há 05 impressoras laser (HP).- Espaço físico de 105 m2 destinadas a equipamento e pessoal.

Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz – USP

- Duas mesas óticas com amortecimento pneumático- Duas mesas óticas com amortecimento mecânico- Um laser Nd:YAG dobrado (Diabolo- Innolight), estabilizado em freqüência, com saída em 532 nm (800 mW) e 1064 nm (200 mW).- Um laser Nd:YAG dobrado (Lightwave), estabilizado em freqüência, com saída em 532 nm (200 mW).- Dois lasers de Ti:safira, estabilizados, sintonizáveis, CW, saída de 200 mW, desenvolvidos e montados localmente (em cooperação com prof. Flávio Cruz – IFGW/Unicamp).- Lasers de diodo estabilizados e sintonizáveis:

- configuração Litman, 780,2 nm e 852 nm – New Focus (2 unid.);- configuração Littrow, fabricação própria, linhas D2 (Rb e Cs) – (4 montados);- livres (4 montados).

- Amplificador laser de diodo – MOPA - SDL-8230.- Ótica diversa em 780, 850, 532 e 1064 nm (polarizadores, lâminas de onda, isoladores óticos, divisores de feixe).- Fotodiodos com elevada eficiência quântica no visível e no IR próximo.- Fotomultiplicadoras (2)- Fotodetetor rápido (1GHz).- Dois analisadores de espectro Agilent/HP, 8230 (até 2,9 GHz) e 4444 (até 1,5 GHz).- Osciloscópios digitais: 40 MHz / 2ch – Tektronix (3);

60 MHz / 2 ch – Tektronix (2);60 MHz / 4 ch – Tektronix (2);100 MHz / 2 ch – HP (1);200 MHz / 2 ch – Tektronix (1).

- Sintetizadores de sinal Agilent/HP, de 20 e 30 MHz.- Instrumentação eletrônica diversa (VCO, geradores, amplificadores, demoduladores)- Geradores e osciloscópios analógicos- Ar condicionado, rede elétrica estabilizada, refrigerador para água circulante.- Dois lasers de argônio de 5 W (Inoperantes).


- O Grupo conta com 5 computadores de médio e baixo desempenho que podem ser utilizados individualmente pelos elementos do grupo: 03 Pentium IV, 02 Celeron.- Há 02 impressoras de jatos de tinta: 01 HP 850, 01 HP PSC 1315.- Espaço físico de 35 m2 destinadas a equipamento e pessoal.

Apêndice VIII – Cronograma de Atividades Específicas dos Grupos/Laboratórios Participantes


Ano 1 – Compra dos componentes e instalação dos lasers na primeira mesa óptica. Primeiros experimentos no LIQA, com células de vapor, para geração de fótons únicos. Primeiras medidas de criptografia quântica com os fótons únicos. Experimentos de armazenamento de diversos estados da luz no Laboratório de Átomos Frios. Experimentos de controle da interação entre átomos de Rydberg no Laboratório de Lasers Pulsados.

Ano 2 – Compra dos componentes e montagem da armadilha de rubídio na segunda mesa óptica. Primeiros experimentos no LIQA de armazenamento de estados da luz e geração de fótons únicos em armadilhas atômicas. Sincronização de fótons únicos gerados a partir de duas células de vapor independentes. Tomografia quântica dos estados luminosos armazenados no Laboratório de Átomos Frios. Estudos da estatística de fótons da luz gerada por ensembles de átomos de Rydberg interagentes, no Laboratório de Lasers Pulsados.

Ano 3,4 e 5 – Otimização das fontes de fótons únicos sincronizáveis. Implementação de protocolos de informação quântica com um número maior de fótons, inicialmente entre dois e quatro. Experimentos de controle da interação entre átomos de Rydberg no LIQA, já utilizando a armadilha magneto-óptica de rubídio. Aprofundamento da medidas de tomografia quântica no Laboratório de Átomos Frios, procurando desenvolver técnicas de manipulação e controle dos estados gerados.


Laboratório 1

Ano 1 – Montagem e caracterização da fonte de estados emaranhados multidimensionais.

Ano 2 – Implementação de circuitos ópticos usando elementos lineares explorando estados emaranhados multidimensionais e em mais de um grau de liberdade.

Ano 3,4 e 5 – Explorar a fonte de estados a fonte de estados emaranhados multidimensionaios e os circuitos ópticos no desenvolvimento de protocolos de informação quântica usando sistemas multidimensionais.

Laboratório 2

Ano 1 – Montagem de um sistema de detecção integrado com os detectores de diodo de avalanche e a

câmera CCD, montagem do aparato experimental para medir padrão de interferência condicional usando luz pseudotérmica no regime de poucos fótons e modelagem teórica dos resultados obtidos;

Montagem do experimento para investigar a relação entre a visibilidade e a resolução das franjas de interferência (ou de imagem) no regime de poucos fótons;

Ano 2 –

Desenvolvimento de uma técnica para mostrar a resolução do comprimento de onda de De Broglie em 3D. Neste experimento é necessário alinhar um modulador óptico ao longo dos fótons gêmeos para gerar feixes não difratantes;

Montagem do experimento de teleportação quântica e emaranhamento de troca explorando as correlações espaciais dos fótons gêmeos usando fendas duplas e fendas múltiplas.

Anos 3, 4 and 5 –

Montagem do experimento de teleportação quântica usando pixels da câmera CCD; Estudos e viabilização da realização do experimento de teletransporte no espaço dos momentos

para longas distâncias.


Ano 1 – Construção de detectores de fótons micro-controlados operando na faixa de microondas.

Ano 2 – Realização de experimentos de distribuição quântica de chaves protocolo BB84 com codificação na fase.

Ano 3 – Realização de experimentos de distribuição quântica de chaves utilizando deslocamento diferencial de fase.

Ano 4 - Realização de experimentos de distribuição quântica de chaves com variáveis contínuas usando polarização.

Ano 5 – Implementação de um protocolo de distribuição quântica de chaves em um trecho da rede óptica instalada na cidade de Fortaleza.

ENLIGHT – UFMG

As etapas a serem cumpridas e os resultados previstos são:

Ano 1 - Importação do laser mode-locked, sistemas de fibras óticas, demais componentes e equipamentos para a realização dos experimentos. - Primeiros testes com modulador espacial e montagem dos interferômetros com fibras óticas. - Montagem interferômetro com fibras visando a determinação da matriz densidade que descreve os estados puros e mistos de qudits espaciais via experimentos de tomografia quântica. - Medida de testemunha de emaranhamento para dois qudits espaciais com graus de emaranhamentos diferentes. - Demonstração da clonagem de fótons em estados espaciais. - Realização de experimentos de modelamento espectral de pulsos com dois fótons; realização de experimentos de codificação de informação em polarização de quarta ordem com dois fótons.- Organização e realização do Paraty 09; reimplantação do Ciclo de Seminários do EnLight, agora como parte do Instituto Nacional de Informação Quântica

Ano 2 - Utilização de moduladores óticos espaciais para a geração de estados de dois qudits espaciais

genéricos onde a fase possa ser variada. Geração de estados hiperemaranhados envolvendo estados fotônicos com momento angular.

Quantificação do emaranhamento destes estados via experimento de violação de desigualdade de Bell. Implementar uma montagem experimental com interferômetros baseado em fibras para testes de Bell com estados de dois qudits espaciais.

Estudo da variação do emaranhamento do estado de dois qudits ao se acoplar a um reservatório.

Realização de experimento para geração de quatro qudits espacias, empregando para isso laser pulsado e sistema de detecção de quatro fótons.

Realização de experimentos de modelamento espectral de pulsos com quatro fótons; realização de experimentos de codificação de informação em polarização de quarta ordem com três e quatro fótons.

Manutenção do Ciclo de Seminários EnLight-Instituto Nacional; início da organização do Paraty 11

Ano 3, 4 e 5

Demonstração de portas lógicas para qubits espaciais com caminhos transversais. Gerar estados de dois qudits emaranhados (por exemplo dimensão d = 5) e acopla-los em fibras

óticas. Estudar a preservação do emaranhamento destes estados ao propagar-se por fibras extensas. Desejamos verificar as possíveis variações de fases introduzidas pelas fibras.

Demonstração de troca de (swapping) de emaranhamento e teletransporte nas variáveis espaciais.- Demonstração de um protocolo de distribuição de chaves quânticas com qudits espaciais emaranhados em caminhos transversais. Testes da distribuição dos protocolo em fibras extensas. Desenvolveremos uma metodologia para medir o emaranhamento de quatro qudits espaciais. Demonstração dos chamados estados hiperemaranhados fundamentais para a geração dos estados

clusters.- Medida da absorção de dois fótons emaranhados por moléculas de corante.- Aplicações em litografia com fótons emaranhados.- Realização de experimentos visando aplicações, tais como codificação de informação em estados de muitas dimensões, geração de estados com emaranhamento múltiplo, estudo experimental de dinâmica de emaranhamento multipartido, etc.- Organização e realização do Paraty 11; manutenção do Ciclo de Seminários EnLight-Instituto Nacional; - Organização e realização do Paraty 13;

Grupo de Informação e Computação Quântica - UFU

Ano 1 –Análise dos mecanismos de controle dinâmico de estados eletrônicos de spin em NES.Estudo da dinâmica excitônica em pontos quânticos acoplados.Interação éxcitônica em cavidades.Elaboração de propostas de portas lógicas de um qubit usando condensados de Bose-Einstein e análise das fontes de decoerência.Estudo da fase geométrica em NES e CBE: evolução unitária.

Ano 2 –Estudo da aparição de transparência induzida pelo tunelamento num sistema de dois pontos quânticos acoplados.Elaboração de propostas de portas lógicas de dois qubits usando condensados de Bose-EinsteinEstudo da fase geométrica em NES e CBE: sistemas abertos.

Ano 3, 4 e 5 –Estudos sobre a dinâmica do emaranhamento em nanoestruturas semicondutoras.Elaboração de portas lógicas geométricas usando portadores em pontos quânticos.Portas lógicas em redes ópticas.


Ano 1 – Operacionalização dos novos sistemas de produção e detecção de pares e quartetos de fótons; compra de equipamentos; obras de infra-estrutura em novo recinto para o laboratório.

Ano 2 –Realização de experimentos de criptografia com momento fracional; realização de medidas de emaranhamento generalizadas para variáveis contínuas; montagem de um sistema de criptografia com fibras ópticas no comprimento de onda Telecom; montagem de detectores para teste de resolução do número de fótons; montagem do sistema de detecção homodina gatilhada.

Ano 3,4 e 5 – Realização de experimentos sobre dinâmica do emaranhamento, utilizando quartetos de fótons emaranhados; experimentos som detecção homodina gatilhada; experimentos com detectores que resolvem o número de fótons.


Ano 1 – Montagem do jato supersônico e dos novos sistemas de produção e detecção de pares de átomos gêmeos. Instalação do sistema elétrico nos novos locais do LaCAM.

Ano 2 –Realização de experimentos análogos aos que estamos realizando no momento na França.

Ano 3,4 e 5 – Introdução do interferômetro Stern-Gerlach nos experimentos do LaCAM.


Ano 1 – Montagem da armadilha de Lítio e estudo do funcionamento. Compra do material para o laser de 282 nm(importação do CNPq para o Instituto do Milênio de Informação Quântica demorou para 9 compras mais que 9 meses em média), compra do material para a detecção de OH.

Ano 2 – Construção do Laser de 282 nm, espectroscopia de OH em células. Compra do criostato de ciclo fechado. Montagem da armadilha de OH. Desenvolvimento da Eletrônica de Controle da armadilha.

Ano 3,4 e 5 – Aprisionamento e espectroscopia de OH frio. Evaporação Forçada e carregamento de FORT e estudos para informação quântica com o sistema: emaranhamento, descoerência.


Ano 1 – Aquisição do primeiro grupo de computadores; desenvolvimento de técnicas de simulação numérica. Continuidade dos projetos em andamento relacionados a computação quântica em semicondutores. Pesquisa de modelos alternativos de processamento da informação quâmtica em semicondutores.

Ano 2 – Aperfeiçoamento das técnicas de simulação numérica e geração de dados. Interpretação dos dados gerados. Avaliação da viabilidade de modelos alternativos de processamento da informação quâmtica para arquiteturas baseadas em semicondutores.

Ano 3,4 e 5 – Aprofundamento dos trabalhos e das técnicas de caracterização de emaranhamento que tiverem se mostrado promissoras. Prosseguimento dos trabalhos dos 2 primeiros anos. Deverão ser concluídas neste período algumas teses na área.


Ano 1

Montagem de um novo oscilador paramétrico óptico com bombeamento e injeção de momento angular orbital.

Transferencia de imagens na geração de segundo harmônico na cavidade degenerada transversalmente.

Ano 2

Realização de medidas de hiper-emaranhamento em .variáveis contínuas por filtragem em polarização e momento angular orbital.

Geração de padrões em um OPO montado com uma cavidade degenerada transversalmente

Ano 3

Realização de experimentos sobre dinâmica do emaranhamento, utilizando a polarização e o momento angular orbital de fótons individuais.

Amplificação de imagens em um OPO montado com uma cavidade degenerada transversalmente

Anos 4 e 5

Realização da tomografia de canais quânticos de dois qubits, utilizando a polarização e o momento angular orbital de fótons individuais.


Ano 1 – Desenvolvimento de esquemas de computação quântica geométrica, analisando em particular sistemas Hamiltonianos de spins; Investigação de novas propostas de computação quântica via invariantes dinâmicos; Investigação do comportamento de medidas de emaranhamento em sistemas críticos e suas relações com teorias conformes; Desenvolvimento de métodos de cálculo aproximativos de emaranhamento via métodos de grupo de renormalização.

Ano 2 – Discussão dos esquemas de computação quântica geométrica propostos em um regime de decoerência; Desenvolvimentos de métodos de correção de erros em computação quântica adiabática e computação quântica via invariantes dinâmicos; Desenvolvimento de novos métodos de caracterização de classes de universalidade em modelos críticos via o comportamento do emaranhamento.

Anos 3,4 e 5 – Avanços no entendimento da resistência a decoerência em computação quântica geométrica e computação quântica adiabática; Avanços no entendimento do comportamento do emaranhamento em sistemas críticos quânticos; Investigação da possibilidade de novos mecanismos de computação quântica resistentes a decoerência; Investigação da possibilidade de novas medidas de emaranhamento bipartite e multipartite com aplicações na caracterização de fenômenos críticos; Finalização das teses de mestrado e doutorado envolvidas no projeto.


Ano 1 – Montagem de uma fonte de pares de fótons emaranhados em polarização no comprimento de onda de 1550nm. Testes para verificação da qualidade do emaranhamento serão realizados. Paralelamente, construção dos sistemas de controle de polarização que serão utilizados no experimento da Medida de Bell e desenvolvimento da eletrônica necessária para o experimento de Criptografia Quântica.

Ano 2 – Estabilização das flutuações de polarização em fibras ópticas independentes – preferencialmente em fibras comerciais – e realização do experimento de Hong-Ou-Mandel para verificação do “bunching” de fótons em um separador de feixes. Experimento de prova de princípio de Criptografia Quântica.

Anos 3, 4 e 5 – Execução da Medida de Bell de longa distância. Construção de um protótipo de sistema de Criptografia Quântica, incluindo testes de desempenho (QBER, máxima distância, máxima taxa de geração de chaves).


Ano 1 – Em colaboração com o grupo do professor Flávio Caldas Cruz, estaremos elaborando um sistema de medidas de parâmetros de Stokes quânticos que é necessário para o protocolo de distribuição quântica de chaves que está sendo estudado. Discussão de conceitos e assuntos relevantes nos projetos de teses dos doutorandos do grupo anteriormente especificados, assim como trabalho teórico nas linhas acima apresentadas.

Ano 2 – Realização de experimentos de criptografia usando variáveis continuas (feixe de luz coerente). Preparação das teses que estiverem em fase de conclusão.

Anos 3, 4 e 5. Estabelecimento de um protocolo quântico de transmissão de chave criptográfica de alta repetição e eficiência. Proposição de experimentos de propagação e comunicação quântica que levem em consideração perda de coerência (devido a ruídos quânticos). Também prosseguiremos com o trabalho teórico nas linhas acima mencionadas.


Ano 1 – 1. Investigação de propriedades de emaranhamento de estados Gaussianos com medições locais e

comunicação clássica 2. Extensão de protocolos para sistemas de espaço de Hilbert de dimensão arbitrária.3. Investigação de emaranhamento para o modelo de Bose-Hubbard. 4. Estudo de geração de estados de superposição de radiação em eletrodinâmica quântica de

cavidades em circuitos 5. Estudo da dinâmica de spins em pontos quânticos na presença de um campo magnético

dependente do tempo.6. Visita a grupo de pesquisa internacional atuante na área.

Ano 2 – 1. Investigação de conexão de protocolos desenvolvidos para estados Gaussianos, e possivelmente

estendidos para o caso geral no primeiro ano, com propriedades de não-localidade.2. Investigação de emaranhamento para o modelo de Bose-Hubbard Estendido.3. Continuação de investigação de geração de estados de superposição de radiação em

eletrodinâmica de cavidades em circuitos.4. Aplicação do último ítem para processo de medição de alta precisão de estados de qubits.

Ano 3,4 e 5 – 1. Extensões dos resultados acima para propostas experimentais2. Investigação de possibilidades de implementação de sistemas de processamento quântico de

informação em sistemas de eletrodinâmica de cavidades em circuitos, átomos ultrafrios

aprisionados em redes ópticas, bem como em dispositivos ópticos-lineares (possível visita a grupo internacional atuante na área).


Ano 1 – Obtenção de Moléculas KRb em armadilha óptica. Estudo do efeito de campos elétricos sobre potenciais de átomos de Rydberg frios.

Ano 2 – Aprisionamento de átomos de Rydberg em uma armadilha óptica de CO2. Bombeamento óptico de moléculas heteronucleares para o estado fundamental.

Ano 3,4 e 5 – Aprisionamento de moléculas de KRb no estado vibracional fundamental em uma rede óptica. Experimentos para verificar a viabilidade de computação quântica com átomos de Rydberg frios em uma rede ótica de CO2.


Abaixo descrevemos as atividades que serão realizadas pelos membros do nosso grupo, em cada ano de execução do projeto:

- Estudo crítico de literatura existente nos temas propostos;- Elaboração de problemas;- Discussão da viabilidade de equacionamento e solução;- Exposição dos problemas escolhidos para os estudantes e colaboradores;- Discussão do conteúdo teórico dos problemas e sua formulação analítica;- Discussão de resultados parciais e dificuldades surgidas;- Redação e divulgação dos resultados obtidos (dissertações, teses e artigos)- Divulgação em eventos científicos (seminários, colóquios, simpósios, conferências, encontros, etc).


1º. Ano:Desenvolvimento do sistema de teletransporte com o OPO bombeado a 532 nm.Medida de emaranhamento tripartite no OPO bombeado em 532 nm.Medidas de correlações quânticas em vapor atômicos.Manipulação de informações quântica com átomos em redes óticas.

2º. Ano:Projeto e montagem do OPO bombeado em 780 nm.Medidas de correlações quânticas no OPO bombeado em 780 nm.Medidas de correlações quânticas com átomos aprisionados em rede ótica.

3º. AnoEstudo do emaranhamento entre átomos e campos gerados pelo OPO.Desenvolvimento de memórias quânticas em redes atômicas.Geração de imagens quânticas em OPOs.

4º. AnoAmplificação paramétrica de imagens com meios atômicos.

5º. Ano

Amplificação de imagens em cavidades degeneradas com meios não lineares.


Ano 1 – Daremos continuidade ao estudo da dinâmica de sistemas quânticos tratando tópicos como propagação e geração de emaranhamento e troca de estados. Nesse contexto, pretendemos estudar o efeito da dissipação em sistema de osciladores com acoplamentos dependentes do tempo tanto para transmissão de emaranhamento quanto para troca de estados. Nos sistemas de íons, eletrodinâmica quântica de cavidades e qbits supercondutores, pretendemos abordar problemas como geração de estados não-clássicos e protocolos de processamento de informação quântica.

Ano 2 – Além de dar continuidade as atividades do ano 1, pretendemos investigar a estrutura formal do espaço de estados na Mecânica Quântica, buscando aplicar esses conhecimentos nos problemas de quantificação, classificação e manipulação de emaranhamento, bem como na transformação de estados mediante conjuntos específicos de operações físicas. Interessa-nos, em especial, os problemas de purificação e clonagem de estados.

Ano 3,4 e 5 – Com base nos resultados parciais obtidos nos anos 1 e 2, pretendemos aprofundar a abordagem formal do ano 2, buscando explorar propriedades matemáticas pertinentes a teoria da Mecânica Quântica para as quais poderão ser atribuídos significados na Teoria de Informação. Tais propriedades deverão ser testadas, do ponto de vista teórico, em sistemas quânticos do tipo abordado no ano 1, ou seja, em sistemas com grande potencial para a implementação prática dos elementos da Teoria de Informação Quântica.

Cartas de apoio das instituições

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