Engenharia de estado quântico e estatísticas de fótons em interfaces temporais eletromagnéticas

Modular parâmetros macroscópicos de materiais no tempo oferece caminhos inovadores para manipular ondas eletromagnéticas. Devido a tais perspectivas atraentes, o tema geral de pesquisa de sistemas variáveis no tempo está se expandindo hoje em diferentes ramos do eletromagnetismo e da óptica. No entanto, em comparação com os esforços de pesquisa e progressos que ocorreram no âmbito da eletrodinâmica clássica, os aspectos quânticos desse tema emergente foram menos explorados. Aqui, através da lente da óptica quântica, estudamos a dispersão de campos eletromagnéticos de um material isotrópico e não dispersivo com um índice de refração que muda repentinamente, criando uma interface temporal. Revisamos a transformação dos operadores de modo bosônico e estados quânticos correspondentes devido a essa interface, governada pelo operador de compressão de dois modos. Fundamentando essa base, no cerne da investigação, nossa análise se concentra na engenharia de estado quântico e estatísticas de fótons da luz dispersada. Notavelmente, tal análise revela e conecta vários fenômenos ópticos quânticos e oportunidades que surgem a partir da interface temporal, incluindo produção e destruição de pares de fótons, agrupamento e antibloqueio de fótons, geração de vácuo, discriminação de estados quânticos e congelamento de estados quânticos. Para conectar teoria e experimento, propomos uma possível abordagem de eletrodinâmica quântica em circuitos para validar nossas previsões teóricas. Esperamos que nosso trabalho inspire investigações experimentais de tais fenômenos de engenharia de estado quântico e estatísticas de fótons, bem como explorações ópticas quânticas adicionais da interação do campo eletromagnético com cristais de tempo fotônicos ou com materiais variáveis no tempo dispersivos.