Serge Haroche

Minha atividade científica evoluiu da física atômica à física quântica e ciência da informação quântica. Meus primeiros estudos como pesquisador independente têm versado sobre o desenvolvimento da espectroscopia de batida quântica, a análise da superradiância e a pesquisa das propriedades radiativas de átomos de Rydberg muito excitados. Esse trabalho contribuiu para iniciar, por volta de 1980, o campo da eletrodinâmica quântica de cavidade (CQED), o ramo da física atômica que trata com o acoplamento dos átomos e fótons confinados por fronteiras. Durante a década de 1980, as contribuições do meu grupo para CQED incluíram a primeira observação de emissão espontânea de cavidade-átomo único excitado, a gravação da oscilação Rabi coletiva de uma amostra atômica em uma cavidade e do funcionamento do micromaser de dois fótons, o primeiro oscilador quântico emitindo fótons aos pares. No início da década de 1990, meu grupo na ENS, que incluiu meus ex-alunos J.-M. Raimond e M. Brune, tornou-se cada vez mais interessado na utilização de sistemas átomo de Rydberg-cavidade para testes quânticos fundamentais e demonstrações de operações de informação quântica. Em colaboração com L. Davidovich e N. Zagury, do Rio de Janeiro, sugerimos utilizar os desvios de luz induzidos em átomos de Rydberg circulares, presos por um campo de micro-ondas, a fim de programar uma demolição não-quântica (QND) para contagem de fótons. Propusemo-nos a medir os desvios de luz com um interferômetro Ramsey, do tipo usado em relógios atômicos através da inserção da cavidade, que armazena o campo, dentro do aparelho do relógio. Percebemos também que esse conjunto muito versátil-up era o ideal para preparar os estados do gato-de-Schrödinger (isto é, superposições de campos coerentes com diferentes fases ou amplitudes) e estudar o entrelaçamento desses estados altamente não-clássicos. Em seguida, embarcamos em um esforço experimental de longo prazo para realizar essas propostas no laboratório. O elemento mais desafiador do experimento era a cavidade. Levou-nos dezesseis anos de desenvolvimentos tecnológicos para aumentar o tempo de amortecimento do fóton de ressonadores supercondutores de Fabry-Perot de microsegundos (em 1994) para centenas de milissegundos (em 2006). Ao longo do caminho, temos realizado muitos testes de mecânica quântica de relevância para a informação quântica e estudos de decoerência. Observamos, em 1996, a oscilação Rabi de um átomo em um campo muito pequeno feita de alguns fótons, e mostrado que a análise de Fourier dessa oscilação revela diretamente a granulação fotônica do campo. No mesmo ano, observamos a decoerência progressiva dependente do tamanho de um campo quântico em um experimento explorando o limite quântico-clássico. O desenvolvimento em 2006 do super-high-finesse cavidades nos permitiu manipular e detectar campos capturados com uma acurácia e precisão sem precedentes. Em experiências em curso, os fótons capturados são detectados de forma QND, fazendo-lhes interagir dispersivamente com átomos passando um a um pela cavidade. Observamos a projeção progressiva do campo em estados de Fock, correspondente ao número definido de fótons e monitorarando os saltos quânticos entre esses estados induzidos pelo amortecimento da cavidade. Pela primeira vez, fótons individuais são constantemente observados em uma caixa e os tempos aleatórios em que são criados ou aniquilados são diretamente gravados. Este método de contagem de fótons QND nos permitiu demonstrar, de maneira dramática o efeito Zeno quântico da luz. Temos também, recentemente remodelado, o estado quântico de completo dos estados do gato-de-Schrödinger de luz contendo vários fótons e, ao tirar instantâneos desses estados, realizado filmes do processo de decoerência em andamento.