Tecnologias Quânticas

O Laboratório de Matéria Quântica desenvolve pesquisas que envolvem o estudo das propriedades quânticas da matéria, visando aplicações de tecnologias quânticas. Essa é uma das mais nova linhas de pesquisa do CePOF, que é feita utilizando técnicas experimentais de Física Atômica e Óptica.

Um de nossos experimentos usa gases ultrafrios (próximos do Zero Absoluto), que são aprisionados e resfriados com lasers e campos eletromagnéticos, como uma plataforma de estudo de sistemas complexos de interesse tecnológico e científico. A ideia explorada aqui é chamada de Simulação Quântica, que em nosso laboratório é explorada usando um estado muito especial da matéria, chamado de Condensado de Bose-Einstein (BEC), um estado quântico macroscópico da matéria. 

Nesses experimentos, a ideia é usar a luz (laser, por exemplo), através de potenciais ópticos dinâmicos, construídos com altíssima resolução através de técnica ópticas especiais (como holografia digital e modulação acusto-óptica), para produzir uma ferramenta que permita manipular esses estados muito especiais e delicados da matéria, de forma a nos ajudar a entender materiais como os supercondutores em alta temperatura, por exemplo.

Holograma produzido a partir da modulação de fase de um feixe laser de perfil guaiaco

Holograma produzido pela modulação de fase de um feixe laser de perfil gaussiano

Ainda dentro dos nosso interesses, porém já usando técnicas experimentais bem diferente, estão as duas mais novas linhas de pesquisa do nosso laboratório, onde temos concentrado nosso esforço (na construção) nesses últimos anos. A principal diferença delas é que envolvem sistemas à temperatura ambiente, ao invés de gases ultrafrios. Nestes casos, o objetivo é aprender a respeito de propriedades quânticas em dispositivos que operam à temperatura ambiente, e que eventualmente permitam o desenvolvimento de tecnologias viáveis para aplicações práticas, inclusive com a construção de novos dispositivos e instrumentos ultrasensíveis.

Montagem da Pinça Óptica  Nanopartículas de 300 nm de raio

Montagem de uma Pinça Óptica e imagem de nanoesferas.

Esses estudos são relevantes, por exemplo, para aplicações nas áreas de Informação e Computação Quântica, bem como também Metrologia Quântica. Os dois novos sistemas experimentais que estamos explorando neste momento usam centros de Nitrogênio-Vacância (NV) em diamante e estudos de Termodinâmica Quântica de não-equilíbrio em Pinças Ópticas para partículas nanoscópicas (nanodiamantes com centros NV ou pontos quânticos) e possivelmente macromoléculas individuais.

Modelo de centro NV em diamante     Imagem de fluorescência de centro NV em nanodiamante

Modelo de centro NV em diamante, com uma imagem de microscopia confocal de fluorescência de um centro NV.

 

A Equipe

Sérgio R. Muniz 
Charlie Oncebay Segura
Guilherme de Sousa
Luciano Dellier
Raul Alfredo Sousa Silva
Robson Martins
Yasmin Gopfert Padilha

 

Onde nos encontrar?
IFSC/USP, Gr. de Óptica: Sala 42  / lab 25