Óptica Quântica e Informação Quântica

Descrição 

Esta ampla linha de pesquisa conta com diversos objetivos, muitos deles compartilhados pelos docentes responsáveis pela linha. De modo geral, nos preocupamos em entender a propriedades quânticas da luz, no campo conhecido como ótica quântica. Além disso, nossa pesquisa também foca no estudo da informação quântica e de suas aplicações às teorias fundamentais da física, como termodinâmica, mecânica quântica e relatividade. Nosso interesse abrange tanto a pesquisa teórica como também experimental.

Responsáveis

  • Prof. Dr. Ardiley Torres Avelar
  • Prof. Dr. Basílio Baseia
  • Prof. Dr. Guilherme Luiz Zanin
  • Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri
  • Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida
  • Prof. Dr. Rafael de Morais Gomes
  • Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso

Projetos Vigentes

  • Título: Informação Quântica
    Resumo: Motivada pela possibilidade de aprimorar a capacidade de processamento da informação utilizando as leis da mecânica quântica, a ciência da informação quântica surgiu há aproximadamente 30 anos. Baseia-se na extensão da teoria da informação de shannon para o mundo quântico. Logo percebeu-se que os desenvolvimentos nesse campo poderiam nos ajudar a investigar uma grande variedade de problemas. É um arcabouço teórico desenvolvido para estudar como as leis da mecânica quântica podem ser utilizadas para entender e maximizar a eficiência na aquisição, transmissão e processamento de informações. Essas conquistas nos forneceram novas ideias e ferramentas técnicas cuja generalidade e universalidade permitiram sua aplicação a diversas áreas da física, como matéria condensada, computação quântica e física de altas energias, só para citar algumas. Além disso, os avanços conceituais estão impulsionando o surgimento de uma nova era tecnológica, baseada nas propriedades quânticas da matéria, com grande potencial de impacto em nossa vida cotidiana. Nosso interesse recai sobre esta teoria, em particular a chamada geometria da informação, uma teoria que emprega as ferramentas da geometria diferencial para estudar a Informação Quântica. Embora nossas principais linhas de pesquisa sejam a aplicação da informação quântica à física, problemas nos fundamentos da teoria também são considerados. (Responsável: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri)
     
  • Título: Termodinâmica Quântica 
    Resumo: A Termodinâmica encontra-se na base da Física e o grande avanço social e tecnológico proporcionado por seu desenvolvimento dificilmente pode ser quantificado. A termodinâmica quântica é uma estrutura teórica que tenta responder a perguntas sobre como os fenômenos termodinâmicos emergem das leis reversíveis da mecânica quântica. Como podemos estender, e até que nível, as leis da termodinâmica macroscópica ao mundo quântico? É possível aplicar a termodinâmica a sistemas quânticos pequenos e fora de equilíbrio? Parece que a informação quântica contém a chave para responder a essas questões profundas. Recentemente temos assistido a um grande interesse neste campo tanto por parte de teóricos como também de experimentalistas. A aplicação das leis da termodinâmica quando efeitos quânticos, como emaranhamento, correlações e flutuações quânticas entram em jogo, está mudando a maneira como olhamos para as próprias bases dessas teorias fundamentais. Além disso, ficou claro que o desenvolvimento de um formalismo consistente para a termodinâmica quântica é uma característica fundamental para o desenvolvimento de futuras tecnologias quânticas. (Responsável: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri)

  • Título: Relatividade
    Resumo: A relatividade geral descreve a gravidade como uma estrutura geométrica quadridimensional chamada espaço-tempo, na qual os conceitos de espaço e tempo absolutos deixam de existir. A gravidade é, portanto, uma consequência geométrica da curvatura do espaço-tempo na presença de massa e energia. Várias de suas previsões teóricas foram confirmadas experimentalmente nas últimas décadas. Apesar de todas as conquistas, o entendimento da relatividade geral em escalas de comprimento onde os efeitos quânticos são relevantes ainda é um desafio que requer esforços teóricos e experimentais. A elucidação dos efeitos da interação gravitacional nos aspectos quânticos da matéria pode desencadear uma nova era da tecnologia explorando propriedades quânticas como emaranhamento e coerência em escalas globais. Nesse sentido, a teoria quântica de campos no espaço curvo é o melhor formalismo teórico na previsão de fenômenos físicos na interface entre a mecânica quântica e a relatividade. A teoria da informação quântica e a relatividade geral não são campos totalmente independentes. Idéias da teoria da informação quântica e da teoria quântica de campos contribuíram significativamente para a compreensão da estrutura do espaço-tempo no nível quântico. Tem surgido um vasto número de trabalhos dedicados a compreender as propriedades dos sistemas quânticos em diferentes situações no contexto relativístico, como emaranhamento em referenciais não inerciais, processamento de informação e buracos negros, emaranhamento em universos em expansão e a sensibilidade das correlações quânticas ao topologia espaço-temporal, dentre muitas outras. Estamos interessados em investigar sistemas quânticos sujeitos a efeitos relativísticos do ponto de vista da teoria da informação, explorando a ligação entre a geometria do espaço de estados e a variedade de quantificadores de distinguibilidade de estados quânticos. Como descrever sistemas quânticos sob efeitos relativísticos? Como o comportamento das correlações quânticas é afetado pela relatividade? Relações de incerteza relativística e localização de partículas? Por outro lado, também estamos interessados na formulação da relatividade geral em termos de informação, um campo que vem atraindo grande atenção recentemente. (Responsável: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri)

  • Título: Resposta Negativa em Óptica e Informação Quântica (Responsável: Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida)

  • Título: Comunicação Quântica na Presença de Ruídos (Responsável: Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida)

  • Título: Termodinâmica quântica com sistemas fotônicos
    Resumo: No grupo de óptica quântica, utilizamos estados de fótons emaranhados para aplicação nos mais diversos protocolos deste informação quântica, comunicação quântica entre outros. Dentre essas linhas trabalhamos com estados emaranhados nos graus discretos tal como polarização e número de fótons e nos graus contínuos utilizamos os graus transversais da luz, desde posição e momento aos chamados feixes estruturados, no qual a informação é codificada na distribuição transversal da luz, tal como modos de Laguerre-Gauss. (Responsável: Prof. Dr. Guilherme Luiz Zanin)

  • Título: Soluções localizadas e aplicações em sistemas não lineares
    Resumo: No presente projeto visamos a continuidade dos nossos estudos sobre soluções localizadas em equações não lineares e suas aplicações em sistemas de comunicação óptica e sensores. Em particular, focaremos em soluções localizadas do tipo onda solitária, sólitons, breathers, oscillons, vórtices, compactons e monopolos em sistemas descritos pela equação não linear de Schrödinger (ENLS), pela equação de Lugiato-Lefever, pela equação de Gross?Pitaevskii, dentre outras, para diferentes geometrias (1D, 2D e 3D) e com um ou mais campos acoplados. Estudaremos a instabilidade modulacional, o espalhamento fractal devido a colisão de duas ou mais ondas solitárias, os efeitos de não linearidades inomogeneas e modulação de soluções localizadas, a redução dimensional em sistemas não lineares com geometrias controladas por parâmetros externos, a localização e colocalização de Anderson, a estabilidade linear e o tempo de vida das soluções, o emaranhamento de sólitons, etc. Também, investigaremos a implementação de sistemas de muitos átomos como plataforma para comunicação ou computação quântica e o estudo de soluções localizadas devido à transições de fase em sistemas lipídicos. Além disso, contamos com a parceria do grupo experimental de óptica quântica, criado recentemente no Instituto de Física (IF) da Universidade Federal de Goiás (UFG). (Responsável: Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso)

Discentes atuais

  • Alexandre Borges Bidinotto (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Ardiley Torres Avelar

  • Fang Chou Lee (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Ardiley Torres Avelar

  • Marcelo Augusto dos Reis Feitosa (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Ardiley Torres Avelar

  • Andesson Brito Nascimento (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Midana Baial Sambú (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Pedro Augusto de Freitas Aquino (mestrado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Pedro Henrique Santos Bento (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Rafael do Lago Souza Costa (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Richard Quintiliano Matos (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Thiago Henrique Moreira (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Lucas Chibebe Céleri

  • Cler Trindade Garcez (mestrado) - orientador: Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida

  • Daniel Yoshio Akamatsu (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida

  • Gabriella Gonçalves Damas (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida

  • Lucas Ferreira Ramos de Moura (mestrado) - orientador: Prof. Dr. Norton Gomes de Almeida

  • Guilherme Silva Barros (mestrado) - orientador: Prof. Dr. Rafael de Morais Gomes

  • Millena Borges Novaes (mestrado) - orientador: Prof. Dr. Rafael de Morais Gomes

  • Murilo Henrique Magiotto de Paula (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Rafael de Morais Gomes

  • Alexandre Augusto Muniz Garcia (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso

  • Andréia Meirelles Basso (mestrado) - orientador: Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso

  • Bruno Martins Miranda (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso

  • Maurilho Rodrigues da Rocha (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso

  • Renato Douglas dos Santos (doutorado) - orientador: Prof. Dr. Wesley Bueno Cardoso

 

Egressos

  • Em construção

 

 

Seção atualizada em 20/10/2025, por Douglas Arrais Melo.

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