Realização experimental de um passo da caminhada aleatória quântica com fótons únicos - Raitz Junior, Cesar (UFRJ, 2008)
[PT] Realizamos, pela primeira vez, um experimento para verificar a presença de efeitos quânticos na caminhada aleatória quântica com apenas um passo da caminhada, no regime de fótons únicos. Para tal, usamos fótons gêmeos produzidos na conversão paramétrica descendente e deteção em coincidência. Quando a detecção em coincidência e usada, os detectores contam somente fótons gêmeos, garantindo que apenas um único foton passe pelo circuito da caminhada.[PT] Devido ao efeito de interferência, o caminhante quântico tem um comportamento estranho, a princípio. Escolhendo uma base de medida adequada para a moeda quântica associada ao caminhante, alguns eventos mostram o caminhante dando um pulo muito maior que seu passo clássico. Esta base e uma superposição de cara e coroa, os estados da moeda que fazem o caminhante se deslocar para cada lado.[PT] Apesar da simplicidade aparente do experimento, a caminhada aleatoria quântica tem semelhança com vários conceitos, como os de medida fraca e de tunelamento de fotons, os quais discutimos brevemente neste trabalho. Também apresentamos as teorias de conversão paramétrica descendente e de transferência de espectro angular, que são necessárias para entender plenamente o experimento. Nos implementamos um passo da caminhada de três modos diferentes e usamos duas montagens para realizar o experimento. Os resultados experimentais mostram que a variação de fase de uma frente de onda gaussiana influência consideravelmente a amplitude e o sentido do deslocamento. Provamos isto fazendo um ajuste numérico de varias curvas experimentais com uma função teorica que inclui esta variação de fase. Concluímos que experimentos desse tipo devem levar em conta a variação de fase oriunda da curvatura da frente de onda.[EN] We realized, for the ¯rst time, an experiment to verify the presence of quantum e®ects in the quantum random walk after only one step, in the single-photon regime. For such, we used twin photons produced by parametric down-conversion and coin- cidence detection. When coincidence detection is used, only twin photon pairs are counted by the detectors and it guarantees that only a single photon passes through the quantum walk circuit at a time. Due to interference e®ects, the quantum walker has a strange behaviour. Choo- sing an adequate basis for the quantum coin associated with the walker, some events show the walker leaping over a distance much larger than its classical step. This basis is a superposition of heads and tails, states of the coin that makes the walker move to each side.[EN] Despite the apparent simplicity of the experiment, the quantum random walk has similarities with several concepts, like weak measurement and photon tunneling, which we discuss brie°y in this text. We also present the theories of parametric down-conversion and angular spectrum transfer, which are necessary to fully un- derstand the experiment. We implement one step of the quantum walk in three di®erent ways and use two setups to run the experiment. The experimental results show that the varying phase of a gaussian wave-front greatly in°uences the mag-nitude and direction of the displacement. We prove this by adjusting numerically several experimental curves with a theoretical function which includes this varying phase. We conclude that experiments of this sort must take in account the varying phase originated from the wave-front curvature.