Estuda-se a relação de complementaridade entre a visibilidade e a distingubilidade espectral dos pacotes de onda fotônicos deslocados em frequência em um interferômetro de Hong-Ou-Mandel.Uma definição experimental de K, o parâmetro de distinguibilidade, é proposta e testada para a desigualdade de complementaridade K 2 + V 2 ≤ 1 quando um parâmetro de visibilidade consistente é definido.Os resultados mostram que a distinguibilidade espectral é, de fato, complementar à visibilidade e que o aspecto quântico do fenômeno de interferência de dois fótons pode ser examinado empregando estados coerentes atenuados.
Estuda-se a relação de complementaridade entre a visibilidade e a distingubilidade espectral dos pacotes de onda fotônicos deslocados em frequência em um interferômetro de Hong-Ou-Mandel.Uma definição experimental de K, o parâmetro de distinguibilidade, é proposta e testada para a desigualdade de complementaridade K 2 + V 2 ≤ 1 quando um parâmetro de visibilidade consistente é definido.Os resultados mostram que a distinguibilidade espectral é, de fato, complementar à visibilidade e que o aspecto quântico do fenômeno de interferência de dois fótons pode ser examinado empregando estados coerentes atenuados.
Estudamos os padrões de interferência obtidos experimentalmente em eletrodinâmica quântica de cavidades de baixa finesse alimentada por um campo não clássico gerado no processo espontâneo de conversão paramétrica descendente. Inicialmente, investigamos as interferências geradas por um interferômetro de Hong, Ou e Mandel modificado por uma cavidade simétrica colocada em um dos seus braços. No regime em que o comprimento da cavidade L é maior que o comprimento de coerência do pacote de um dos fótons do par lcoh, efeitos de coalescência e anticoalescência são observados. Mostramos que a variação no comprimento da cavidade pode transformar pico em vale de interferência e vice-versa, embora lcoh < L. O estado de momento dos pares de fótons, nas portas de saídas do divisor de feixes, pode ser controlado pela mudança no comprimento da cavidade. Num segundo trabalho, examinamos as mudanças na correlação dos pares de fótons quando seus correspondentes feixes são filtrados por uma cavidade de Fabry-Perot. Embora os pacotes de onda de cada fóton sofram, individualmente, dispersão, observamos o efeito de cancelamento da dispersão do par quando a freqüência do fóton está sintonizada com a freqüência natural de ressonância da cavidade. As larguras dos picos de Airy não clássicos são da ordem de seus correspondentes clássicos. A visibilidade das franjas de interferência adjacentes ao pico de Airy depende da finesse da cavidade.
[pt] O bunching de fótons é um dos mais celebrados efeitos de interferência de dois fóotons, associado à tendéncia de fótons indistinguíveis de tomarem o mesmo caminho quando há uma superposição dos pacotes de onda em um combinador de feixes óptico simétrico. Nós exploramos o fenômeno de interferência de dois fótons e mostramos que: a característica espectral de uma fonte de luz pode ser determinar através da técnica de Espectroscopia de Transformada de Fourier de Poucos Fótons de alta resolução que se mostra como uma técnica útil para a caracterização espectral de fontes ópticas débeis abaixo do limite coberto por técnicas clássicas de batimento heteródino; uma fonte de fótons com estatística sub-Poisson, a Fonte de Fótons Anunciadas com Óptica Linear, pode ser construída baseada apenas em óptica linear e estados coerentes atenuados uma vez que os anúncios sejam sintonizados nos picos de coincidência de um interferograma de Hong-Ou-Mandei quando o interferômetro é alimentado com estados em frequências diferentes; uma modificação do interferômetro de Hong-Ou-Mandel produz um aumento no número de coincidências, ao invés de sua diminuição, quando os pacotes de onda estão perfeitamente superpostos no interferômetro e o anúncio de fótons sintonizados nesse pico gera um feixe com distribuição sub-Poisson. A descrição matemática de cada experimento é detalhada e uma revisão extensa das ferramentas teóricas e práticas necessárias para o entendimento dos resultados é apresentada.
A proposta do presente trabalho é analisar o experimento da Escolha Retardada através de um experimento idealizado utilizando um interferômetro de Mach-Zehnder aliado a uma partícula quântica de prova como controladora do resultado: padrão de interferência ou comportamento corpuscular. Inicialmente, estudamos a proposta original do experimento da escolha retardada e também como o aparato se encaixa como modelo de um experimento análogo ao de dupla fenda. Dentro desse contexto, também analisamos os conceitos de partícula e onda e a sua relação com o princípio de complementaridade de Bohr. Mostramos como a extensão para um experimento de escolha retardada quântica pode ser feita no contexto de interferômetros de Mach-Zehnder. As conclusões gerais são de que os comportamentos ondulatório e corpuscular devem ser associados às distribuições de probabilidades resultantes e que estes emergem no contexto do experimento de escolha retardada quântica através de uma correlação entre os resultados da partícula principal e da partícula auxiliar.
A compressão nas flutuações da diferença de intensidades dos feixes sinal e complementar gerados por um OPO acima do limiar foi medida já há algum tempo e constituiu um dos principais interesses nestes sistemas. Emaranhamento entre esses feixes, entretanto, ainda não foi experimentalmente demonstrado em circunstâncias normais de operação acima do limiar (feixes não-degenerados em frequência). Usando um critério de não-separabilidade entre sistemas contínuos, buscamos verificar se a variância de um par de operadores tipo EPR, a diferençaa de intensidades e a soma das fases de sinal e complementar, pode violar uma desigualdade suficiente para caracterizar emaranhamento. Após um estudo teórico, verificamos que isto pode de fato ocorrer numa região de parâmetros experimentalmente acessível. A medida não foi realizada até hoje devido à dificuldade em se medir quadratura fase, o que, neste caso, exigiria o uso de osciladores locais em frequências distintas. Motivados por isso, propomos uma montagem experimental que utiliza cavidades óticas para projetar ruído de fase em ruído de intensidade, tornando dessa forma acessível a medida de anticorrelação de fase entre sinal e complementar. Realizamos nossa proposta em caráter preliminar, obtendo resultados encorajadores, embora não conclusivos, que indicam a existência de emaranhamento.
Esta tese é um estudo das propriedades quânticas de fótons multimodais gerados por meio da conversão paramétrica descendente espontânea, tendo por objetivo a aplicação em problemas de informação quântica, tais como medidas de estados de Bell e a geração de fótons emaranhados nos graus de liberdade espaciais transversais.Como uma primeira investigação, realizamos um estudo teórico sobre a interferência Hong-Ou-Mandel (HOM) multimodal. Mostramos que os efeitos de interferência de quarta ordem dependem das propriedades transversais do estado do bifóton (par de fótons). Devido à transferência do espectro angular do feixe bombeador para este estado, mostrado por Monken et al. [Phys. Rev. A, 57 3123 (1998)], a paridade do feixe bombeador pode ser usada como um parâmetro de controle da interferência de quarta ordem. Executamos uma experiência de interferência HOM usando feixes Hermite-Gaussianos de primeira ordem como feixe bombeador. Os resultados experimentais mostram que o comportamento da interferência de quarta ordem depende da paridade do feixe bombeador, como foi previsto teoricamente. Uma primeira aplicação da interferência HOM multimodal pode ser feita na análise de estados de Bell, que utiliza interferência de quarta ordem. As técnicas precedentes requerem detectores que sejam sensíveis ao número de fótons. Por outro lado, com interferência HOM multimodal esta análise pode ser feita usando detectores de um fóton. Para mostrar que a interferência multimodal poderia ser usada para melhorar estes métodos, realizamos uma experiência simples de discriminação dos estados de Bell usando fótons multimodais emaranhados em polarização. Três grupos de estados de Bell foram identificados na base de coincidências (com detectores de um fóton). Além disto, discutimos dois métodos similares para análise de estado de Bell utilizando estados hiperemaranhados (emaranhados em mais de um grau de liberdade). Mostramos que uma proposta precedente de Kwiat et al. [Phys. Rev. A 58 R2623 (1998)], que requer fótons emaranhados em mais de um grau de liberdade, funcionar á melhor usando a interferência HOM multimodal. Finalmente, propomos um novo método de análise de estados de Bell de fótons hiperemaranhados que não requer detectores sensíveis ao número de fótons e pode ser executada não-localmente. Como um estudo adicional das propriedades multimodais de fótons produzidos pela conversão paramétrica descendente, investigamos a conservação e emaranhamento de momento angular orbital neste processo. Sabe-se bem que um campo eletromagnético pode carregar momento angular orbital na forma de uma fase azimutal no plano transversal. Desta forma, mostramos teoricamente que a geração de fótons emaranhados em momento angular orbital na conversão paramétrica descendente pode ser explicada através da transferência do espectro angular. Realizamos uma experiência multimodal simples de interferência de quarta ordem que comprovou as nossas previsões teóricas. Finalmente, estudamos a geração de fótons emaranhados nos modos transversais Hermite-Guassianos. Usando a teoria da transferência do espectro angular, mostramos que a conversão paramétrica descendente gera pares de fótons emaranhados em modos Hermite-Gaussianos, e para quaisquer pares destes modos, calculamos a amplitude de geração. Além disto, discutimos a geração de estados maximamente e não-maximamente emaranhados usando modos de primeira ordem.
Nesta tese discutimos alguns aspectos fundamentais da teoria quântica de um ponto de vista mais contemporâneo, onde tambem pudemos desenvolver tres trabalhos. No primeiro analisamos teoricamente um interferometro de fenda dupla para atomos. Mostramos que se os autoestados de energia do atomo estao correlacionados com os comportamentos de particula e de onda do mesmo, fenomenos complementares podem ser medidos simultaneamente, indicando uma reinterpretacao do principio da complementaridade. O mesmo aparato tambem apresentou propriedades de apagador quântico. No segundo apresentamos um interferometro de duas particulas e a maneira como a decoerencia afeta o grau de interferencia. Mostramos como os constituintes do ambiente, aqui considerados como fotons, podem destruir a oscilacao na taxa de coincidencia de deteccao das particulas. Devido a sua caracteristica temporal, chamamos este processo de decoerencia temporal quântica. No ultimo trabalho estudamos a existencia de uma nova familia de solucoes ortogonais da equacao paraxial da luz. A amplitude complexa desses feixes sao proporcionais as funcoes hipergeometricas confluentes, que denominamos modos hipergeometricos do segundo tipo (HyG-II). Demonstramos formalmente que um meio com um perfil hiperbolico de indice de refracao pode gerar e suportar essa classe de feixes. Uma vez que esses modos sao autofuncoes do momento angular orbital do foton, concluimos que uma fibra otica com este perfil de indice, em certas situacoes, poderia levar vantagem em relacao a outras fibras com indice variavel na capacidade de transmissao de dados.