This work reports on the construction of a new-generation system capable to create single-mode spinor Bose-Einstein condensates of 87Rb, and non-destructively probe them using optical Faraday rotation. This system brings together many of the stateof-the-art technologies in ultra-cold physics in a minimalist design which was possible due to the prolific advances in the field respect to the pioneering experiments (Cornell's, Ketterle's, and Chapman's groups). There is rich phenomena that can be potentially studied in this system from the study of predicted novel quantum phases and topologies to entanglement and spin squeezing which are useful for quantum information and interferometry. The potential of this system make it suitable to answer fundamental questions on the phase transition to a condensed and ferromagnetic state. In particular, this work describes theoretically and experimentally, the atomic spin coherence, which is relevant for applications like coherent sensing of magnetic fields. In this direction, our findings demonstrate the characteristics of our system make it a sensor with the best predicted energy resolution per unit bandwidth (~10^-2 h) among all the different technologies applied to magnetometry. The thesis is structured as follows: Part I is dedicated to the mathematical description of the relevant interactions. First, the interaction of optical polarization and atomic spin polarization is reviewed, with special attention to ac-Stark shifts, which are used to generate a conservative trapping potential and Faraday rotation effects that are used for non-destructive spin detection. Second, the interaction of the atoms with a magnetic field is presented. And finally, the mean-filed theory of spinor Bose-Einstein condensation is summarized. The dynamics of a spin-1system in this picture is described by a three-component Gross-Pitaevskii equation. Part II contains three chapters describing the implemented technologies and techniques used in the experiment to create and characterize a spinor condensate. The first chapter describes the ultrahigh vacuum, magnetic fields, lasers, spectroscopy and imaging needed to create a magneto optical trap (MOT) and transfer those atoms into an optical dipole trap (ODT). We implemented a non-standard loading technique based on the semicompensation of the strong differential lightshift induced by the ODT which profits from the effective dark-MOT created at the trap position. In the second chapter we detail, theoretically and experimentally, the all-optical evaporation process employed to achieve condensation in less than five second after the loading. In the final chapter the spin manipulation and read-out techniques are presented. Because there is no observable associated to the spin angle, we exploit the Faraday rotation effect and Stern-Gerlach imaging in order to retrieve information about the spin dynamics. Finally in Part III, we consider the potential of a spinor BEC as a magnetic sensor. The measurement of fundamental properties defining the sensitivity of the sensor are detailed. Those properties are the volume, the temporal coherence and the readout noise. We present a model of the magnetic field environment and its repercussion on the noise of the magnetometer. In the last chapter we present our perspectives to the possible applications of our system. Este trabajo compila los detalles experimentales de un aparato de "nueva generación" capaz de crear condensados Espinoriales de 87Rb en un único dominio magnético, y de obtener información del estado de espín en una forma no destructiva explotando el efecto Faraday. Este aparato conjunta algunas de las tecnologías de punta aplicadas a física de gases ultrafrios en un diseño minimalista. Estas tecnologías se han podido desarrollar debido a los prolíficos avances en el campo, respecto a los experimentos pioneros en los grupos de Cornell, Ketterle y Chapman. Una rica cantidad de fenómenos pueden ser estudiados en este sistema, desde el estudio de novedosas fases y topologías cuánticas hasta la aplicación de entrelazamiento y estados comprimidos relevantes en información cuántica e interferometría. Su potencial lo hace un buen candidato para responder preguntas acerca de la naturaleza de las transiciones ferromagnética y de condensación. En particular, este trabajo describe teorética y experimentalmente la coherencia del estado de espín, el cual, es relevante en aplicaciones como la medición coherente de campos magnéticos. En este sentido, nuestros resultados demuestran que las características de nuestro condensado espinorial lo hacen el sensor con la mejor resolución en energía por unidad de ancho de banda (~10^-2 h ), de entre todas las tecnologías aplicadas a magnetometría. Esta tesis se estructura de la siguiente manera: Part I está dedicada a la descripción matemática de las interacciones relevantes. Primero la interacción entre la luz y el espín atómico es revisada, con especial énfasis en el desplazamiento ac-Stark, que es explotado para generar un potencial conservador, así como en las medidas no destructivas del espín via efecto Faraday. En segundo lugar, estudiamos la dinámica de espín bajo la interacción Zeeman entre los átomos y un campo magnético que varía en el tiempo. Finalmente es brevemente tratada la teoría de campo medio (mean-field theory) que describe los condensados espinoriales en la forma de una ecuación de Gross-Pitaevskii multicomponente. Part II contiene tres capítulos que detallan la tecnologías y técnicas usadas en el experimento para crear y caracterizar el condensado. El primer capítulo describe el ultra-alto vacío, los campos magnéticos, láseres, espectroscopía e imaging usados para crear una trampa magneto-óptica (MOT), y para transferir esos átomos en una trampa dipolar óptica (ODT). Nosotros implementamos una técnica poco estandard para cargar la ODT, la cual se basa en compensar medianamente el excesivo lightshift diferencial inducido por nuestra ODT. Esta técnica nos ayuda a crear una dark-MOT efectiva con la que podemos conseguir altas densidades de átoms en la ODT. En el segundo capítulo detallamos la evaporación que es "all-optical", con la que podemos conseguir un condensado en menos de 5 s de evaporación. En el capítulo final describimos las técnicas para crear arbitrarios estados de espín y cómo detectarlos. Para esto último explotamos el efecto Faraday y capturamos imágenes Stern-Gerlach. Finalmente en Part III, estudiamos las propiedades de coherencia, tiempo de vida y extensión espacial del condensado. Detallamos el sistema especialmente en el contexto de sensores magnéticos. Además, presentamos un modelo del campo magnético ambiental y sus repercusiones en el ruido del magnetómetro. En el último capítulo hablamos de algunas de las alternativas aplicaciones de nuestro sistema.
This work reports on the construction of a new-generation system capable to create single-mode spinor Bose-Einstein condensates of 87Rb, and non-destructively probe them using optical Faraday rotation. This system brings together many of the stateof-the-art technologies in ultra-cold physics in a minimalist design which was possible due to the prolific advances in the field respect to the pioneering experiments (Cornell's, Ketterle's, and Chapman's groups). There is rich phenomena that can be potentially studied in this system from the study of predicted novel quantum phases and topologies to entanglement and spin squeezing which are useful for quantum information and interferometry. The potential of this system make it suitable to answer fundamental questions on the phase transition to a condensed and ferromagnetic state. In particular, this work describes theoretically and experimentally, the atomic spin coherence, which is relevant for applications like coherent sensing of magnetic fields. In this direction, our findings demonstrate the characteristics of our system make it a sensor with the best predicted energy resolution per unit bandwidth (~10^-2 h) among all the different technologies applied to magnetometry. The thesis is structured as follows: Part I is dedicated to the mathematical description of the relevant interactions. First, the interaction of optical polarization and atomic spin polarization is reviewed, with special attention to ac-Stark shifts, which are used to generate a conservative trapping potential and Faraday rotation effects that are used for non-destructive spin detection. Second, the interaction of the atoms with a magnetic field is presented. And finally, the mean-filed theory of spinor Bose-Einstein condensation is summarized. The dynamics of a spin-1system in this picture is described by a three-component Gross-Pitaevskii equation. Part II contains three chapters describing the implemented technologies and techniques used in the experiment to create and characterize a spinor condensate. The first chapter describes the ultrahigh vacuum, magnetic fields, lasers, spectroscopy and imaging needed to create a magneto optical trap (MOT) and transfer those atoms into an optical dipole trap (ODT). We implemented a non-standard loading technique based on the semicompensation of the strong differential lightshift induced by the ODT which profits from the effective dark-MOT created at the trap position. In the second chapter we detail, theoretically and experimentally, the all-optical evaporation process employed to achieve condensation in less than five second after the loading. In the final chapter the spin manipulation and read-out techniques are presented. Because there is no observable associated to the spin angle, we exploit the Faraday rotation effect and Stern-Gerlach imaging in order to retrieve information about the spin dynamics. Finally in Part III, we consider the potential of a spinor BEC as a magnetic sensor. The measurement of fundamental properties defining the sensitivity of the sensor are detailed. Those properties are the volume, the temporal coherence and the readout noise. We present a model of the magnetic field environment and its repercussion on the noise of the magnetometer. In the last chapter we present our perspectives to the possible applications of our system. Este trabajo compila los detalles experimentales de un aparato de "nueva generación" capaz de crear condensados Espinoriales de 87Rb en un único dominio magnético, y de obtener información del estado de espín en una forma no destructiva explotando el efecto Faraday. Este aparato conjunta algunas de las tecnologías de punta aplicadas a física de gases ultrafrios en un diseño minimalista. Estas tecnologías se han podido desarrollar debido a los prolíficos avances en el campo, respecto a los experimentos pioneros en los grupos de Cornell, Ketterle y Chapman. Una rica cantidad de fenómenos pueden ser estudiados en este sistema, desde el estudio de novedosas fases y topologías cuánticas hasta la aplicación de entrelazamiento y estados comprimidos relevantes en información cuántica e interferometría. Su potencial lo hace un buen candidato para responder preguntas acerca de la naturaleza de las transiciones ferromagnética y de condensación. En particular, este trabajo describe teorética y experimentalmente la coherencia del estado de espín, el cual, es relevante en aplicaciones como la medición coherente de campos magnéticos. En este sentido, nuestros resultados demuestran que las características de nuestro condensado espinorial lo hacen el sensor con la mejor resolución en energía por unidad de ancho de banda (~10^-2 h ), de entre todas las tecnologías aplicadas a magnetometría. Esta tesis se estructura de la siguiente manera: Part I está dedicada a la descripción matemática de las interacciones relevantes. Primero la interacción entre la luz y el espín atómico es revisada, con especial énfasis en el desplazamiento ac-Stark, que es explotado para generar un potencial conservador, así como en las medidas no destructivas del espín via efecto Faraday. En segundo lugar, estudiamos la dinámica de espín bajo la interacción Zeeman entre los átomos y un campo magnético que varía en el tiempo. Finalmente es brevemente tratada la teoría de campo medio (mean-field theory) que describe los condensados espinoriales en la forma de una ecuación de Gross-Pitaevskii multicomponente. Part II contiene tres capítulos que detallan la tecnologías y técnicas usadas en el experimento para crear y caracterizar el condensado. El primer capítulo describe el ultra-alto vacío, los campos magnéticos, láseres, espectroscopía e imaging usados para crear una trampa magneto-óptica (MOT), y para transferir esos átomos en una trampa dipolar óptica (ODT). Nosotros implementamos una técnica poco estandard para cargar la ODT, la cual se basa en compensar medianamente el excesivo lightshift diferencial inducido por nuestra ODT. Esta técnica nos ayuda a crear una dark-MOT efectiva con la que podemos conseguir altas densidades de átoms en la ODT. En el segundo capítulo detallamos la evaporación que es "all-optical", con la que podemos conseguir un condensado en menos de 5 s de evaporación. En el capítulo final describimos las técnicas para crear arbitrarios estados de espín y cómo detectarlos. Para esto último explotamos el efecto Faraday y capturamos imágenes Stern-Gerlach. Finalmente en Part III, estudiamos las propiedades de coherencia, tiempo de vida y extensión espacial del condensado. Detallamos el sistema especialmente en el contexto de sensores magnéticos. Además, presentamos un modelo del campo magnético ambiental y sus repercusiones en el ruido del magnetómetro. En el último capítulo hablamos de algunas de las alternativas aplicaciones de nuestro sistema.
El estudio de la interaccion luz materia con conjuntos atomicos es un area de investigacion activa. Este tipo de sistema permite fundamental estudios sobre la medicion en el contexto de las variables continuas, en entrelazamiento colectiva y en las simulaciones cuanticas. Este campo de la investigacion tambien es interesante en el contexto de la metrologia cuantica, comunicacion cuantica y la computacion cuantica. En esta tesis dos aspectos complementarios de la interaccion luz materia con conjuntos atomicos han sido estudiados con iones atrapados y atomos neutros frios. El experimento de iones atrapados pretende evaluar la posibilidad de utilizar grandes nubes de iones para la realizacion de una memoria cuantica con largo tiempo de coherencia. En vez de que el experimento de atomos frios se centro en el uso de medidas de no demolicion cuantica para evaluar estados no gaussianos. Este experimento es parecido a los experimentos de comunicacion cuantica que se desarrollan actualmente. Los iones atrapados enfriados por laser pueden llegar a una fase cristalina debido a la fuerte repulsion de Coulomb entre los iones. En esta fase, las relativas posiciones entre los iones se fijan de manera a evitar las colisiones y los iones que exploran inhomogeneidades del campo magnetico que puede ser una fuente de perdida de coherencia. Con bajo numero de iones, largos tiempos de coherencia han sido demostrados. Con iones numerosos, el mecanismo de captura puede inducir un calentamiento de la nube de iones, haciendo asi mas dificil de obtener el regimen cristalizado. Durante esta tesis, los cristales de Coulomb grandes que contiene mas de 106 iones se han obtenidos y la prueba de la transparencia inducida electromagneticamente en tal sistema ha sido obtenida. Este estudio tambien revelo las limitaciones de este tipo de sistemas que tienen que ser estudiado mas a fondo para obtener una fuerte probabilidad de interaccion con conjuntos de iones frios en un regimen permitiendo largos tiempos de coherencia. Los sistemas de atomos neutros permiten fuertes probabilidades de acoplamiento luz materia, pero generalmente reduce los tiempos de coherencia. Memorias cuanticas, el entrelazamiento entre atomos y la luz, magnetometria de alta precision han sido demostrados en experimentos relacionados con vapores atomicos neutros. El sistema utilizado en esta tesis se ha disenado para permitir que la probabilidad de acoplamiento luz materia sea importante, con pulsos de luz polarizada, lo que permite medir con precision el estado de espin del sistema atomico sin destruccion y con bajo ruido. La medicion del ruido del sistema es mas baja que el ruido atomico, lo que podria inducir el entrelazamiento colectivo de los espines atomicos (a traves del squeezing de espines inducido por la medicion) y mediciones de campo magnetico ultra sensibles. Este sistema esta estrechamente relacionado con sistemas disenados para la creacion de comunicacion cuantica y memorias cuanticas. Los estados atomicos no gaussianos constituyen un recurso para la computacion cuantica y la comunicacion cuantica, en el contexto de los experimentos de fisica atomica, su deteccion puede ser dificil. El trabajo presentado en esta tesis se centra en la deteccion de los estados no gaussianos en conjuntos atomicos utilizando cumulants, y en particular el ruido relacionado con la medicion de los cumulants.
Bose-Einstein condensation (BEC) is a phenomenon in which identical bosons occupy the same quantum state below a certain critical temperature. A hallmark of BEC is the coherence between particles every particle shares the same quantum wavefunction and phase. This coherence has been demonstrated for the external (motional) degrees of freedom of the atomic condensates by interfering two condensates. In this thesis, the coherence is shown to extend to the internal spin degrees of freedom of a spin-1 Bose gas evidenced by the observed coherent and reversible spin-changing collisions. The observed coherent dynamics are analogous to Josephson oscillations in weakly connected superconductors and represent a type of matter-wave four-wave mixing. Control of the coherent evolution of the system using magnetic fields is also demonstrated. The studies on spinor condensates begin by creating spinor condensates directly using all-optical approaches that were first developed in our laboratory. All-optical formation of Bose-Einstein condensates (BEC) in 1D optical lattice and single focus trap geometries are developed and presented. These techniques offer considerable flexibility and speed compared to magnetic trap approaches, and the trapping potential can be essentially spin-independent and are ideally suited for studying spinor condensates. Using condensates with well-defined initial non-equilibrium spin configuration, spin mixing of F = 1 and F = 2 spinor condensates of rubidium-87 atoms confined in an optical trap is observed. The equilibrium spin configuration in the F = 1 manifold confirms that 87Rb is ferromagnetic. The coherent spinor dynamics are demonstrated by initiating spin mixing deterministically with a non-stationary spin population configuration. Finally, the interplay between the coherent spin mixing and spatial dynamics in spin-1 condensates with ferromagnetic interactions is investigated.
En esta tesis se ha pretendido realizar y testar los componentes basicos necesarios de un futuro ordenador cuantico usando para ello moleculas magneticas sencillas. Con este fin se ha comprobado que estas moleculas cumplen con los tres ingredientes principales que necesita reunir un buen candidato: qubits bien definidos y diferenciables, coherencia cuantica y la posibilidad de acoplarse a dispositivos. Tambien se ha estudiado, por tanto, si estas moleculas conservan sus propiedades magneticas, tales como el espin, la anisotropia magnetica, la interaccion entre distintos iones, etc., cuando se integran en un sensor. El trabajo que aqui se presenta se divide fundamentalmente en tres partes. Desarrollo, mejora y testado de dispositivos superconductores de interferencia cuantica (SQUID) En esta parte de la tesis se realiza un analisis detallado de varios modelos de dispositivos pertenecientes a nueva generacion de susceptometros SQUID, especialmente disenados para medir las propiedades magneticas de muestras de tamano micrometrico, hasta 30 um de diametro (capitulo 3). En particular, presentamos un estudio del ruido de estos sensores, teniendo en cuenta las distintas contribuciones extrinsecas al SQUID y provenientes de la electronica. Tambien se estudia la posibilidad de incluir una etapa amplificadora de bajo ruido, que permita reducir esta contribucion. Por otro lado, se ha hecho un cuidadoso analisis sobre el origen de la respuesta magnetica de los susceptometros vacios, con el fin de llegar a un protocolo comun de tratamiento de los datos de susceptibilidad ac obtenidos para distintas muestras. Por ultimo, y con el objetivo de mejorar la sensibilidad de los sensores en la deteccion de muestras de tamano nanometrico, en este trabajo se presenta la realizacion mediante Focused Ion Beam (FIB) de una nanoespira de unos 500 nm de diametro, en serie con la bobina detectora del SQUID. Esta nanoespira permite mejorar la sensibilidad del dispositivo en esa zona. Para comprobarlo, se incluyen varias medidas con muestras cuyo comportamiento magnetico es conocido. Caracterizacion de cristales de moleculas magneticas con los que se pueden llevar a cabo puertas logicas computacionales La segunda parte incluye un estudio de imanes moleculares que contienen uno, dos o tres espines magneticos debilmente acoplados, con el fin de comprobar que pueden utilizarse para llevar a cabo las operaciones basicas de computacion cuantica. Por un lado, se estudian dimeros constituidos por dos iones Ln(III) donde Ln es un lantanido (capitulo 4). Cada uno de los espines que forman el dimero tiene una estructura de niveles tal que los dos niveles de menor energia estan fuertemente separados de los niveles superiores, formando, por tanto, sistemas de dos niveles efectivos o qubits. Por otro lado, estos espines estan debilmente acoplados entre si, lo que constituye un sistema de cuatro niveles entrelazados con los que es posible realizar puertas cuanticas de dos qubits, en particular las puertas CNOT y SWAP. En esta tesis se presentan los primeros resultados de realizacion de estas puertas, en los dimeros de Tb2, Dy2 y ErCe. En cuanto a los trimeros, o imanes moleculares con tres espines magneticos, en esta tesis se presenta un estudio para el trimero compuesto por dos iones Cu(II) y un ion Er(III) (capitulo 5). En primer lugar se analiza el comportamiento magnetico de los dos iones de cobre en el trimero CuLaCu, donde el ion La(III) es diamagnetico, y se comprueba que existe un acoplo entre sus espines, permitiendo la realizacion de puertas de dos qubits, tambien para este material. Incluyendo la informacion obtenida para este compuesto, se presenta por ultimo un analisis del comportamiento magnetico del trimero CuErCu constatando la existencia de un acoplo muy debil entre los iones cobre (II) y el ion erbio y, por tanto, la posibilidad de realizar puertas cuanticas de tres qubits, como las puertas Fredkin y Toffoli. Estudio de procesos de relajacion magnetica y deposicion de imanes moleculares sobre superficies Esta ultima parte pretende aunar las dos partes anteriores, depositando las moleculas estudiadas en la parte anterior sobre los dispositivos superconductores del principio mediante la tecnica de Dip-Pen Nanolitography (DPN). La intencion ultima es comprobar si estas moleculas mantienen sus propiedades magneticas al ser sometidas a los efectos de un sustrato solido ajeno a su estructura cristalina, y comprobar si se trata de sistemas lo suficientemente coherentes como para realizar operaciones cuanticas sin que los estados se degraden demasiado rapido. En primer lugar, en el capitulo 6 se presenta un estudio de los procesos de relajacion de estas moleculas en su estado original, atendiendo al origen y las causas de estos procesos. Para ello se ofrecen los resultados en una serie de muestras en las que hay cada vez mas niveles accesibles, partiendo de un monomero ErLa con un solo espin magnetico y sin apenas interacciones hiperfinas, hasta llegar al caso de un dimero con dos espines magneticos y una considerable contribucion nuclear, Dy2. Una vez entendidos los procesos de relajacion en las muestras cristalinas, se han depositado unas pocas monocapas de estas muestras sobre los SQUID utilizando la tecnica DPN, con el fin de comprobar su integridad fisica (capitulo 7). En particular se describen experimentos para dos muestras diferentes, un iman molecular cuyo comportamiento es bastante conocido, el Mn12, y un dimero de Dy2. En este capitulo se muestran los resultados de las medidas de susceptibilidad ac en comparacion con las medidas previas, realizadas sobre microcristales.
We describe a compact, robust and versatile system for studying the macroscopic spin dynamics in a spinor Bose–Einstein condensate. Condensates of are produced by all-optical evaporation in a 1560 nm optical dipole trap, using a non-standard loading sequence that employs an ancillary 1529 nm beam for partial compensation of the strong differential light-shift induced by the dipole trap itself. We use near-resonant Faraday rotation probing to non-destructively track the condensate magnetization, and demonstrate few-Larmor-cycle tracking with no detectable degradation of the spin polarization. In the ferromagnetic F = 1 ground state, we observe the spin orientation between atoms in the condensate is preserved, such that they precess all together like one large spin in the presence of a magnetic field. We characterize this dynamics in terms of the single-shot magnetic coherence times and , and observe them to be of several seconds, limited only by the residence time of the atoms in the trap. At the densities used, this residence is restricted only by one-body losses set by the vacuum conditions.
Research on degenerate quantum gases of dilute atomic gases has become a well established field in modern physics and revealed many astonishing phenomena. The first experiments on Bose and Fermi gases at low temperatures aimed to prove the predictions of quantum mechanics on a macroscopic scale. Since then we make use of Bose and Fermi gases and mixtures of any combination to model other many body systems. A property of Bose Einstein condensates is superfluidity which we want to investigate further in toroidal potentials with a new apparatus which can produce an all-optical BEC. This means trapping thermal atoms in an optical dipole trap and cooling the sample by evaporation into the quantum degenerate regime. This new technique was first successfully demonstrated by M.D. Barrett et al. in 2001 and promises to be faster and simpler than the well established and common way of evaporation in magnetic traps. A new apparatus was built by the author and we report on the experimental details of the trapping of 87Rb atoms from a hot vapour and cooling them in a magneto-optical trap, and further evaporation to quantum degeneracy in a crossed optical dipole trap operating at a wavelength of l = 1064nm, with accurate control of the power in both beams via a feedback loop. The evaporation of neutral atoms of 87Rb in far red detuned optical dipole traps using linearly polarised laser light is spin independent, and mixed spinor condensates of the F=1 manifold can be formed. As an empirical technique we found by applying a magnetic gradient field during the final evaporation that we can selectively populate mF spin states or prepare mixtures. This intriguing mechanism was found earlier as well by M. S. Chang, but is yet not fully understood and subject of our future research. We can now routinely prepare an almost pure condensate containing up to 7000 atoms in the condensed phase purely in the mF = 0 spin state. This thesis contains the theoretical framework of Bose-Einstein condensation with in mean-field theory, the concepts of cooling of atoms in magneto-optical traps, the trapping and evaporation in optical dipole traps and the experimental realisation. In the future this experiment will be extended by a fast scanning dipole trap to apply arbitrary time averaged potentials of more complex geometries, such as toroidal traps to study the effects of superfluidity in a periodic potential. The production of toroidal traps and cold atoms in such a trap are outlined in this thesis.
La realización experimental del condensado de Bose-Einstein ha resaltado la importancia de controlar y manipular, con facilidad, sistemas cuánticos cada vez más complejos. En este contexto, el estudio de átomos ultra-fríos cargados en redes ópticas ha demostrado cumplir con estas exigencias, proporcionando escenarios ideales para investigar sistemas cuánticos muy complejos, que solo pueden ser analizados a través de simuladores cuánticos. En este trabajo, se implementa numéricamente el teorema de Floquet usando el método del espacio de Hilbert extendido. El objetivo es estudiar la dinámica de uno y dos bosones de espín 1 en una red óptica unidimensional, en el régimen de superfluido, utilizando como base el hamiltoniano de Bose-Hubbard de espín 1. Además, se aborda el estudio de dicho sistema bajo la influencia de campos de Zeeman lineales o cuadráticos externos, conducidos periódicamente de manera tanto lineal como cuadrática. En primer lugar, se presenta el modelo a estudiar. Comenzamos con el modelo de Bose-Hubbard sin espín para, posteriormente, incorporar el grado de libertad de espín 1 junto con sus interacciones e incluir campos de Zeeman, tanto lineales como cuadráticos, acoplados a un driving periódico, lo que sitúa a nuestro sistema en un marco dinámico. Posteriormente, se introduce la representación bosónica de SU(3) para espín 1 como grupo de simetría, junto con las bases, estados y observables relevantes necesarios para caracterizar completamente nuestro sistema. Para analizar eficazmente este sistema, se emplea una técnica numérica basada en la teoría de Floquet. Se describe el teorema de Floquet, sus implicaciones y sus analogías con el teorema de Bloch. Luego, se presenta el método numérico principal utilizado en nuestro análisis: el método del espacio de Hilbert extendido, que aprovecha la naturaleza periódica de nuestro sistema para transferir el problema al espacio armónico de Fourier, donde la evolución del estado se puede determinar fácilmente. Este método se valida resolviendo analíticamente, de manera exacta, nuestro sistema de una partícula en dos sitios y se compara con nuestra implementación numérica, demostrando una coincidencia sin errores discernibles. Entre los resultados obtenidos, se muestra que, independientemente de la presencia de interacciones cuadrupolares o incluso de interacciones del tipo densidad entre partículas, cualquier estado de espín 1 muestra inherentemente tanto orden cuadrupolar como espinorial. De hecho, se muestra que, cuando el estado inicial es un estado local, sin importar el campo aplicado, la dinámica del orden cuadrupolar, junto con la espinorial, puede condensarse en la desigualdad 10/9 ≤ ⟨Ŝ⟩²t + ⟨Q⟩²t ≤ 4/3, donde el límite superior e inferior resultan ser los valores propios de los operadores cuadrático y cúbico de Casimir del grupo SU(3), respectivamente. Adicionalmente, se muestra que la presencia de campos magnéticos genera nuevas fases y fenómenos en los sistemas, tales como la ruptura de la simetría de invarianza temporal en el caso de una sola partícula bajo un campo lineal, lo que da lugar a fenómenos como la precesión del espín o la resonancia del spin-mixing en el caso de dos partículas bajo un campo cuadrático, donde la intensidad del campo y la interacción entran en fase, mostrando oscilaciones máximas y rápidas que no decaen en el tiempo. Finalmente, se concluye que el método numérico del espacio de Hilbert extendido, basado en el teorema de Floquet, es una herramienta robusta y de alto nivel que proporciona una forma directa y sencilla de estudiar sistemas cuánticos de manera dinámica, incluso en presencia de interacciones complejas y espacios de Hilbert grandes. Además, demuestra una versatilidad notable para analizar los sistemas desde distintos regímenes impuestos por la periodicidad del driving acoplado, tales como el régimen de altas frecuencias, bajo la aproximación de onda rotante, el régimen fuerte, entre otros.