Bell Correlations and Optical Quantum Memory for Noble-Gas Nuclear Spins

Alguns isótopos de gases nobres têm spins nucleares com tempos de coerência extraordinamente longos, que excedem horas a temperatura ambiente. Embora sejam opticamente inacessíveis, podem interagir indiretamente com a luz, usando átomos de metais alcalinos como intermediários.

Investigamos a possibilidade de realizar uma memória quântica óptica em misturas de gases nobres e alcalinos, estudando os efeitos da difusão através de simulações numéricas, e propomos um protocolo multi-modo inspirado no Atomic Frequency Comb (AFC), com aplicações entusiasmantes em comunicação quântica a longas distâncias.

Adicionalmente, mostramos que estes sistemas são uma plataforma promissora para estudar correlações quânticas em sistemas de muitos corpos, propondo uma experiência para detetar a presença e profundidade de entrelaçamento e correlações de Bell por meio de medições coletivas apenas. Em contraste com as experiências realizadas até à data, a nossa proposta não requer temperaturas criogénicas e prevê a observação de correlações de Bell numa escala verdadeiramente macroscópica, aumentando a sua duração e número de partículas em mais de dez ordens de grandeza.