Óptica Quântica e Informação Quântica

Descrição geral: 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. Ardiley Torres Avelar

  • Prof. Basilio Baseia

  • Prof. Lucas Chibebe Céleri

  • Prof. Norton Gomes de Almeida

  • Prof. Rafael de Morais Gomes

  • Prof. Wesley Bueno Cardoso

 

Estudo dos processos fotofísicos de moléculas orgânicas, visando aplicação Fotodinâmica para o combate ao câncer e micro-organismos de interesse humano e animal. Confira mais informações clicando aqui.

 

Áreas de pesquisa:

1) Informação Quântica: 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. Lucas Chibebe Céleri

2) Termodinâmica Quântica: 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. Lucas Chibebe Céleri

3) Relatividade. 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 esta- dos 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. Lucas Chibebe Céleri

 

Equipe:

  • Andesson Brito Nascimento (Doutorando)

  • Thiago Henrique Moreira (Doutorando)

  • Pedro Henrique Santos Bento (Doutorando)

  • Gabriel Ferrari (Mestrando)

  • Gustavo de Oliveira (Mestrando)

  • Yuri de Jesus Alvim (Mestrando)

  • Duda Suguri (Graduanda)

  • Felipe Pericole Maqueara (Graduando)

  • Gustavo Izidro Moura de Alcântara (Graduando)

  • Pedro Augusto de Freitas Aquino (Graduando)

  • Pedro Marcelo Guimarães Rezende (Graduando)

  • Rafael do Lago Souza Costa (Graduando)

 

Egressos:

  • Álvaro Ruiz García (Universidad del País Vasco, Espanha)

  • Danilo Nascimento Borim (Instituto Federal de Goiás)

  • Eric Gomes Arrais Cavalcante (Universidade Federal do rio de Janeiro)

  • Letícia Lira Tacca (Universidad de Concepición, Chile)

  • Lucas Aurelio de Oliveira Borges (Technology Innovation Institute, Dubai)

  • Matheus Capela (Universidad del País Vasco, Espanha)

 

(Atualizado em Junho/2023)

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