Auto-organização e superradiance numa nuvem atômica interagindo com uma cavidade óptica

Resumo

O objetivo deste projeto de pesquisa é estudar o papel eminente que cavidades ópticas podem desempenhar na emergência de efeitos coletivos e correlações quânticas em sistemas atômicos de muitos corpos. Assim, a aceleração superradiante do decaimento de transições ultra-estreitas em átomos ressonantemente excitados dentro de cavidades ópticas providenciará relógios atômicos de próxima geração com precisões de ordens de magnitude mais altas. Por outro lado, a prova não ressonante de modos de cavidade permite a implementação de protocolos de medição quântica não-destrutiva e de 'spin-squeezing'. Nosso grupo de pesquisa do Instituto de Física de São Carlos estuda efeitos coletivos no espalhamento da luz por nuvens atômicas ultrafrias de estrôncio interagindo com uma cavidade óptica anelar com o objetivo de realizar sensores quânticos inerciais com extrema sensibilidade e monitoramento contínuo não-destrutivo. A fim de superar o limite quântico padrâo, onde a sensitividade é limitada pelo ruído quântico intrínseco, procuramos maneiras de implementar spin-squeezing em nosso esquema de detecção. O grupo de pesquisa liderado pelo Prof. S. Slama na Universidade de Tuebingen em cooperação com o Prof. C. Zimmermann montou um experimento com o objetivo de estudar a interação coletiva simultânea de átomos de rubídio em estado de Rydberg por meio de uma cavidade óptica e pela observação do fenômeno do bloqueio de Rydberg. Espera-se que novas fases surjam neste sistema, que realiza um modelo de spin tipo Dicke-Ising combinado com aplicações possíveis em novos tipos de simuladores quânticos. Através de uma visita de pesquisa de seis meses em Tuebingen, desejo revitalizar uma antiga e frutífera colaboração com o objetivo de aprender, em conjunto com nossos parceiros, (i) como manipular coerentemente conjuntos atômicos através de cavidades ópticas e criar estados coletivos de spin comprimido, (ii) como identificar assinaturas características desses estados dentro dos campos de luz emitidos pela cavidade e (iii) como gerar e identificar decaimento superradiante em transições atômicas extremamente fracas. (AU)