Ruido De Emisión En Un Contacto Cuántico Superconductor

John Clarke

David Rivas Góngora

En la presente tesis se han realizado un conjunto de investigaciones experimentales en el marco de la micro-espectroscopia optica como base para el estudio de las propiedades opticas y la dinamica de recombinacion excitonica en puntos cuanticos (QDs) auto-ensamblados de InAs crecidos sobre substrato de GaAs e InGaAs (substrato metamorfico). Este estudio se ha completado con experimentos de correlacion de fotones emitidos por estos puntos cuanticos. En el primer analisis se realizo un estudio fundamental de las propiedades opticas de muestras de puntos cuanticos de InAs sobre sustratos de GaAs, con el fin de comprender el comportamiento dinamico de los portadores fotogenerados dentro de un QD ante la variacion de parametros como temperatura, potencia de excitacion y energia de excitacion. La comprension de los aspectos dinamicos de este primer grupo de muestras, bajo el prisma de un modelo numerico de poblacion aleatoria, permitio entender el comportamiento de la emision optica de un QD aislado como un sistema logico, basandonos en sus caracteristicas de emisor de fotones uno a uno, lo cual es de especial interes en el ambito tecnologico de la fotonica logica. En un segundo analisis se estudiaron un grupo de muestras de puntos cuanticos de InAs/GaAs crecidos sobre barreras de InxGa1-xAs (muestras metamorficas). La barrera de InGaAs produce un aumento de la longitud de onda de emision, fenomeno que es de especial interes para generar muestras de puntos cuanticos con emision en la segunda o la tercera ventana de las telecomunicaciones. Se realizo un estudio experimental de las propiedades opticas fundamentales en estas muestras, emitiendo en longitudes de onda largas (1200-1300 nm). El estudio experimental de las propiedades opticas fundamentales en estas muestras se dificulta por la deteccion de la senal de fotoluminiscencia, debido a la baja intensidad de emision de fotones por parte de las muestras y los altos niveles de ruido por parte de los detectores a estas longitudes de onda. Por todo ello, en esta tesis se presentaron alternativas experimentales para aumentar la relacion senal-ruido. En nuestro caso usamos redes de Bragg insertadas en fibras opticas como alternativa a los monocromadores convencionales, ya que presentan una mayor eficiencia en la coleccion de la senal optica.

David S. Simon

Ana L. Gramajo

En 1982 los físicos Paul Benio y Richard Feymann (independientemente) propusieron \npor primera vez la idea de que un sistema cuántico puede ser utilizado en \ncomputación. Ambas ideas se basan en que si la unidad indivisible de información \nclasica es el bit (un objeto que puede tener dos valores 0 o 1) entonces la correspondiente \nunidad de información cuántica es el bit cuántico o "quantum bit" ( 'qubit'). Con \nlo cual la idea basica de funcionamiento es: se coloca una serie de qubits en un estado \ninicial determinado, se aplica una operación unitaria U (equivalente a una compuerta \nlógica cuántica), se deja evolucionar al sistema y luego se mide. La medición realizada \nes la salida de la computadora cuántica. \nA partir de estas ideas sugieron diversos candidatos para ser usados como qubits \npara: almacenamiento, manipulación y transmisión de información cuántica. Paralelamente, \nel estudio de fenomenos cuánticos a escala mascroscópica y los desarrollos \ntecnológicos permitieron el uso de nanosistemas superconductores como qubits. En los \ncuales es posible manipular el estado cuántico del sistema mediante la aplicación y \nmedición de variables mascroscópicas (como voltajes, corrientes y \nflujos magnéticos en el dispositivo), útil para la construcción de una compuerta lógica cuántica. \nEntre los posibles candidatos superconductores tenemos el qubit de \nflujo. Este dispositivo \nconsiste en una espira superconductora con una serie de junturas del tipo \nsuperconductor-aislante-superconductor. El funcionamiento se basa, sin entrar en detalles, \nen la posibilidad de manipular el estado cuántico superconductor mediante la \naplicación de un campo magnetico externo: el \nflujo encerrado en la espira modica las \nfases de la función de onda del sistema, generando fenómenos de interferencia cuántica. \nUna de las grandes ventajas es la posibilidad de determinar su estado cuántico \nmediante la medición de la corriente en la espira: los signos de la corriente permite \nidenticar los estados del sistema. \nEn este trabajo se presenta una breve descripción de dichos nanosistemas a fin \nde determinar su dinámica. Partimos modelando al qubit de \nflujo como un sistema \nsimplicado de dos niveles, forzado por un campo magnético periódico en el tiempo. \nDe esta manera se manipula el estado del qubit modicando las probabilidades de \nencontrar al sistema en uno de los dos estados, es decir: se elige un estado inicial, se \naplica el campo externo y se analiza su evolución. En base a este modelo, calculamos \nnumericamente dichas probabilidades para tiempos finitos y para el caso estacionario, \nen el cual se deja evolucionar al sistema lo suciente hasta alcanzar un estado final \nindependientemente de su preparación inicial. \nPor otra parte se enfatizó el estudio del qubit de \nflujo en contacto con el ambiente \nque lo rodea, con el objetivo de poder comparar nuestros resultados numéricos \ncon mediciones experimentales. Para ello se analiza como afectan las \nfluctuaciones del \nmundo externo a la dinámica del sistema, considerando diferentes fuentes de ruido. \nLuego se estudio los efectos de extender el sistema a N niveles, en particular se trabaj \no con N = 4. De esta manera, se busca poder identicar las fuentes de ruido para \npoder disminuirlas, y con ello evitar la pérdida de información del sistema.

Brian D. Josephson

Juan S. Rojas-Arias, Boris A. Rodríguez, Herbert Vinck-Posada

En este trabajo, se obtiene una expresión numérica para calcular el espectro de emisión de un sistema microcavidad-punto cuántico usando una teoría de campo medio en el formalismo de la matriz densidad. El sistema modelado es un micropilar semiconductor que contiene un único punto cuántico en el interior de la microcavidad, este sistema presenta pérdida de fotones a través de los espejos de la cavidad y bombeo de excitones al punto cuántico. Obtenemos una ecuación maestra de campo medio no lineal que nos permite calcular el espectro de emisión.