Confinamento quântico no modelo de duas cadeias acopladas de férmions sem spin

Eduardo Jordão Neves, J. Fernando Perez

Guilherme Martins Alves de Almeida

A perspectiva de simular fenomenos quânticos de sistemas de muitos corpos em cavidades opticas acopladas tem atraido bastante interesse nos ultimos anos. O alto grau de controle experimental e a natureza hibrida das particulas envolvidas, denominada polaritons, fornecem uma nova direcao no estudo de sistemas fortemente correlacionados envolvendo interacao entre luz e materia. Alem disso, redes de cavidades sao plataformas promissoras para processamento de informacao quântica em redes quânticas. Esta tese e constituida por dois estudos em redes de cavidades acopladas descritas pelo modelo Jaynes-Cummings-Hubbard. Em particular, desenvolvemos protocolos de transferencia e controle de estados quânticos em duas estruturas distintas. No primeiro estudo, consideramos uma cadeia unidimensional de cavidades com um padrao alternado de acoplamento entre as cavidades, cada uma interagindo com um atomo. Neste cenario, um par de modos normais do campo eletromagnetico torna-se fortemente localizado nas extremidades da cadeia. Dessa forma, uma vasta estrutura de regimes dinâmicos pode ser manipulada dependendo da ressonância entre os modos normais atomicos e do campo. Mostramos como isso pode ser utilizado para realizar protocolos de transferencia de estado quântico envolvendo estados fotonicos, atomicos ou hibridos, com alta fidelidade. Tambem discutimos como reduzir o tempo de transmissao de estados, sem comprometer sua eficiencia, particionando a cadeia em modulos. Em seguida, exploramos a dinâmica de excitacoes atomicas e fotonicas em uma rede complexa de Apolonio considerando diversos regimes de interacao. Mostramos que o espectro de modos normais induzido por este tipo de rede tambem oferece diversas alternativas no controle da dinâmica do sistema. Alem disso, a natureza complexa da rede de Apolonio induz uma dinâmica de propagacao nao-trivial que depende do grau de conexao entre os sitios, podendo ser assim aplicada para conectar diferentes usuarios de uma rede quântica. Nossos resultados contribuem para o desenvolvimento de protocolos de comunicacao em redes quânticas utilizando dispositivos de interface luz-materia, abrindo assim caminho para o processamento de informacao quântica em larga escala.

Isabela Corrêa Berger

B. F. C. Yabu-uti, José Antonio Roversi

Nessa dissertacao de mestrado estudamos a dinâmica do emaranhamento entre dois atomos remotos localizados em cavidades distintas. O foco principal e a producao de estados maximamente emaranhados entre atomos de dois niveis em cavidades distintas e, em particular, acopladas. Inicialmente apresentamos os principais conceitos da Teoria de Informacao Quântica, aspectos qualitativos e quantitativos do emaranhamento quântico, em seguida partimos para o sistema fisico proposto: atomos em cavidades. Apresentamos o modelo de Jaynes-Cummings (MJC) e uma breve analise do emaranhamento que surge da interacao atomo-campo descrita por esse modelo. No sistema de duas cavidades desacopladas apresentamos como gerar emaranhamento entre atomos remotos de forma condicional. E apresentado entao o sistema formado por duas cavidades acopladas interagindo com atomos de dois niveis identicos, fato que corresponde a constantes de acoplamento atomo-campo iguais (g1= g2). A interacao atomo-campo ainda e descrita pelo MJC ja o sistema das cavidades acopladas pode ser modelado conforme a proposta de Zoubi et. al [1](para cavidades separadas por um meio fisico a uma curta distância) ou pela proposta de Pellizzari [2](para cavidades conectadas por uma fibra otica). Para escolhas adequadas dos parâmetros relevantes em cada caso, a dinâmica dos dois sistemas e equivalente a interacao dos aomos com um campo mono-modo. Em consequencia da aparente simplicidade, investigamos a dinâmica do emaranhamento entre atomos distantes, incluindo a geracao de estados maximamente emaranhados (essencial para o processamento de informacao quântica, comunicacao quântica [3] e computacao quântica distribuida [4, 5] ) de forma deterministica e sem a necessidade de uma interacao indireta entre os modos das cavidades para gerar um estado inicial emaranhado compartilhado Abstract

Gilberto Medeiros Nakamura

A emergência de fenômenos coletivos e correlações de longo alcance impossibilitam a inferência de propriedades de sistemas como um todo a partir de suas partes componentes. A modelagem destes sistemas frequentemente ocorre mediante emprego de operadores de spin localizados em grafos com topologias não-triviais. Aqui, mostramos que o operador de momento angular de muitos corpos une o estudo de diversos sistemas complexos, desde a sistemas epidêmicos até cadeias magnéticas de spin. Para o modelo epidêmico SIS, determinamos a matriz de transição do processo estocástico correspondente e mostramos suas soluções para grafos regulares e aleatórios, por meio de técnicas geralmente empregadas em sistemas fortemente correlacionados. Já no modelo de Dicke, identificamos o vínculo que explica a relevância e o efeito finito de operadores anti-girantes para duas espécies atômicas confinadas numa cavidade óptica que interagem com radiação eletromagnética. Por fim, o papel do momento angular também é identificado para duas cadeias quânticas de spin 1/2 acopladas, as quais modelam nanoestruturas magnéticas heterogêneas. A estrutura de bandas é calculada, enquanto efeitos espúrios de superfície são removidos pela introdução de quasipartículas dotadas de grau de liberdade de spin adicional

Lucas Gois Tavares