A mistura de quatro ondas (4WM) é um processo não linear que permite a amplicação paramétrica de campos óticos.A partir de um campo de bombeio, podemos amplicar um campo de prova e gerar um campo conjugado neste processo com um elevado ganho.Recentemente, vários experimentos de 4WM foram realizados em células de rubídio revelando compressão de ruído e emaranhamento da luz [1, 2, 3], levando a aplicações interessantes na área de informação quântica.Estudamos a mistura de quatro ondas numa célula de vapor de rubídio dentro de uma cavidade ótica, servindo como um oscilador paramétrico ótico (OPO).Resolvemos o modelo de campo médio e estudamos as utuações quânticas dos campos na operação acima do limiar de oscilação para os casos de ressonância dupla (prova e conjugado) e tripla.Mostramos o emaranhamento de três campos (bombeio, prova e conjugado), além de compressão de ruído para o campo de bombeio e para os campos convertidos.Nosso modelo permite estudar o caso de uma cavidade aberta, explorando a região próxima ao limiar, diferente da situação experimental observada para sistemas com não-linearidades χ 2 , que geralmente possuem ganhos baixos e necessitam de cavidades fechadas.
A mistura de quatro ondas (4WM) é um processo não linear que permite a amplicação paramétrica de campos óticos.A partir de um campo de bombeio, podemos amplicar um campo de prova e gerar um campo conjugado neste processo com um elevado ganho.Recentemente, vários experimentos de 4WM foram realizados em células de rubídio revelando compressão de ruído e emaranhamento da luz [1, 2, 3], levando a aplicações interessantes na área de informação quântica.Estudamos a mistura de quatro ondas numa célula de vapor de rubídio dentro de uma cavidade ótica, servindo como um oscilador paramétrico ótico (OPO).Resolvemos o modelo de campo médio e estudamos as utuações quânticas dos campos na operação acima do limiar de oscilação para os casos de ressonância dupla (prova e conjugado) e tripla.Mostramos o emaranhamento de três campos (bombeio, prova e conjugado), além de compressão de ruído para o campo de bombeio e para os campos convertidos.Nosso modelo permite estudar o caso de uma cavidade aberta, explorando a região próxima ao limiar, diferente da situação experimental observada para sistemas com não-linearidades χ 2 , que geralmente possuem ganhos baixos e necessitam de cavidades fechadas.
A mistura de quatro ondas (4WM) é um processo não linear que permite a amplificação paramétrica de campos óticos. A partir de um campo de bombeio, podemos amplificar um campo de prova e gerar um campo conjugado neste processo com um elevado ganho. Recentemente, vários experimentos de 4WM foram realizados em células de rubídio revelando compressão de ruído e emaranhamento da luz [1, 2, 3], levando a aplicações interessantes na área de informação quântica. Estudamos a mistura de quatro ondas numa célula de vapor de rubídio dentro de uma cavidade ótica, servindo como um oscilador paramétrico ótico (OPO). Resolvemos o modelo de campo médio e estudamos as flutuações quânticas dos campos na operação acima do limiar de oscilação para os casos de ressonância dupla (prova e conjugado) e tripla. Mostramos o emaranhamento de três campos (bombeio, prova e conjugado), além de compressão de ruído para o campo de bombeio e para os campos convertidos. Nosso modelo permite estudar o caso de uma cavidade aberta, explorando a região próxima ao limiar, diferente da situação experimental observada para sistemas com não-linearidades (2), que geralmente possuem ganhos baixos e necessitam de cavidades fechadas. Palavras chave: ótica quântica, mistura de quatro ondas, Oscilador paramétrico ótico, emaranhamento. [1] Squeezed light and entangled images from four-wave-mixing in hot rubidium vapor, vol. 7092, 2008. [2] R. C. Pooser, A. M. Marino, V. Boyer, K. M. Jones, and P. D. Lett, Low-noise amplifi- cation of a continuous-variable quantum state, Phys. Rev. Lett., vol. 103, p. 010501, Jun 2009. [3] V. Boyer, A. M. Marino, R. C. Pooser, and P. D. Lett, Entangled images from four-wave mixing, Science, vol. 321, no. 5888, pp. 544547, 2008.
No presente trabalho, descrevemos a construção de um oscilador paramétrico ótico (OPO) com meio atômico de ganho de susceptibilidade X(3) , e a caracterização de seu limiar de oscilação. O processo base para a construção deste OPO é a Mistura de Quatro Ondas (4WM), que acontece em meios não lineares tipo X(3) , como é o caso dos isótopos de 85 Rb e 87 Rb. Realizou-se uma revisão da teoria atômica do rubídio, do 4WM e da teoria clássica do OPO. Obtivemos e caracterizamos o processo de 4WM em função de três parâmetros experimentais: a dessintonia do feixe de bombeio em relação ao pico do crossover da transição 5S 1/2 (F = 2)-> 5P 1/2 (F \\' ) do 85 Rb na linha D 1 , da potência do bombeio e da temperatura da célula de rubídio. Encontrou-se uma ótima região de frequências em torno a Delta = 0.77GHz para a construção do OPO com os átomos de rubídio como meio não linear. Nesta região obteve-se uma amplificação máxima de 450% para o feixe de prova com absorção nula e uma intensidade do conjugado alta, para o feixe de prova com frequência Delta= w+ 3GHz (anti-Stokes). A elevada amplificação observada permite, em princípio, um limiar de oscilação menos abrupto: o surgimento de oscilação aparece de forma menos sensível a variações da potência de bombeio. Com efeito, para a dessintonia Delta = 0.38GHz o limiar é suave. A caracterização do 4WM e do limiar de oscilação do OPO é importante para a possível geração de estados não gaussianos. Um limiar suave permite, em princípio, operação e estudo muito próximo do limiar, região em que há previsões indicando a geração de estados não gaussianos que são relevantes para aplicações em informação quântica.
projeto número 2017/27216-4. ResumoNa presente tese, mostramos a medida de emaranhamento em um oscilador paramétrico ótico (OPO) baseado no processo paramétrico de mistura de quatro ondas (FWM) em vapor de 85 Rb, acima do limiar de oscilac ¸ão.Esta corresponde à primeira medida de emaranhamento em um OPO com susceptibilidade χ (3) .O FWM, processo base para a construc ¸ão deste OPO, acontece em meios não lineares tipo χ (3) , como é o caso do isótopo de 85 Rb.Previamente à construc ¸ão do OPO, realizamos a revisão da teoria clássica e quântica do FWM, assim como a obtenc ¸ão experimental do processo de FWM ao redor da linha D 1 de absorc ¸ão do 85 Rb.O alto ganho do processo de FWM e o uso de cavidades abertas permitiu projetar a construc ¸ão de um OPO duplamente ressonante, o qual gera dois feixes conhecidos como sinal e complementar.Mostramos a primeira medida de compressão de ruído entre os feixes sinal e complementar gerados pelo nosso OPO, com um máximo nível de compressão na diferenc ¸a de intensidade de -2.7 dB[1].A compressão de ruído é robusta para potências altas do feixe de bombeio, o que permitiu a operac ¸ão estável do OPO até valores de até quatro vezes acima do limiar de oscilac ¸ão.Além disso, reconstruímos a matriz de covariância associada ao estado dos dois feixes.A matriz de covariância permite realizar o teste de emaranhamento, usando os critérios de Duan et al.[2] e de Simon [3].Mostramos, pela primeira vez, a gerac ¸ão de emaranhamento entre os dois feixes gerados pelo OPO [4], demonstrando a violac ¸ão no critério de Duan, com um valor máximo de ∆ 2 p-+ ∆ 2 q+ = 1.56(14) ≱ 2. Mediante o uso do critério de Simon, conseguimos estudar o emaranhamento entre as diferentes bandas laterais do sistema, com um nível de emaranhamento maior para pares de bipartic ¸ões especificas.Mostramos que a densidade atômica é um fator determinante para a gerac ¸ão e perda de correlac ¸ões quânticas.A gerac ¸ão de feixes emaranhados com um OPO atômico trabalhando perto da ressonância de átomos alcalinos permite a integrac ¸ão natural em redes quânticas.
Investigamos as propriedades quânticas conjuntas dos três feixes intensos de luz produzidos por um oscilador paramétrico ótico (OPO) operando acima do limiar, denominados bombeio, sinal e complementar. Analisamos experimentalmente as flutuações quânticas de intensidade e fase destes feixes, e como se correlacionam. Observamos pela primeira vez a presença de correlações quânticas entre as fases dos três campos. O ruído observado na soma das fases de sinal e complementar, Vq12=1,28(3)>1, passa a apresentar compressão de ruído após ser corrigido pelas flutuações de fase do feixe de bombeio, resultando em (Vq12)\\' =0,84(3)<1. Para potências mais altas de bombeio, observamos também a existência de correlações quânticas diretamente entre as amplitudes do feixe de bombeio e um dos feixes convertidos (sinal ou complementar); a máxima compressão de ruído medida correspondeu a Vp02=0,86(3)<1. Estendemos nosso estudo às propriedades de emaranhamento deste sistema tripartite, para tanto utilizando dois critérios distintos. Nossos dados apontam a separabilidade do sistema no regime de operação estudado, em contradição com o modelo teórico. Utilizando o critério de emaranhamento de P. van Loock e A. Furusawa, obtivemos os seguintes valores para as combinação de variâncias que comprovariam a inseparabilidade caso fossem menores que 2: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2 e V2=2,09(7)>2. Com relação ao segundo critério de separabilidade, positividade sob transposição parcial, obtivemos os seguintes autovalores simpléticos a partir da matriz de covariância medida: A0=0,94(8) e A1=0,36(6)<1, em que o emaranhamento seria evidenciado caso A0<1 e A1<1. Esta discordância com a previsão teórica está relacionada a um ruído clássico espúrio observado no sistema, cujas características são levantadas nesta tese. Nossa análise indica os rumos a serem seguidos para a observação do emaranhamento. Mostramos teoricamente que o emaranhamento tripartite previsto pode ser utilizado como recurso para a criação de um sistema emaranhado multipartite. Para tanto, diversos OPOs são utilizados em uma configuração em cadeia, na qual o feixe de bombeio refletido pelo primeiro OPO serve de bombeio para o segundo e assim sucessivamente. Este esquema permite a geração de uma rede quântica multicolor escalável. Por fim, descrevemos a construção de um laser de Ti:safira que representa o primeiro passo na integração entre luz não-clássica e física atômica a ser investigada em nosso laboratório. Este laser pode ser utilizado, ao mesmo tempo, como bombeio do OPO e de uma nuvem de átomos. O emaranhamento tripartite gerado no OPO estabeleceria a conexão destes últimos com os feixes convertidos, cujos comprimentos de onda possibilitariam a transmissão direta destes feixes de luz através de fibras óticas comerciais de telecomunicação.
si el tiempo que poco a poco me convierte en tierra fuera a dejar corriendo eternamente las aguas de mi canto. Pablo Neruda,Trecho de Oda a la Poesía Resumo O emaranhamento é uma propriedade intrinsecamente quântica, que pode ser empregada em protocolos de comunicação quântica de informação, como criptografia quântica e teletransporte, e um recurso importante no processamento quântico de informação, visando a implementação de algoritmos mais eficientes que os atualmente empregados, de uso limitado em problemas ditos insolúveis, nos quais, as etapas de processamento crescem exponencialmente com o tamanho dos dados de entrada.O Processo de Mistura de Quatro Ondas [4WM: Four Wave Mixing] na configuração duplo-Λ em vapor de Rubídio tem-se mostrado como uma fonte robusta de estados fortemente emaranhados [Boyer et al., 2008b].No presente trabalho é caracterizado o ganho paramétrico G dos campos Stokes e anti-Stokes no processo de 4WM associado à linha D 1 do Rubídio.Os parâmetros estudados foram a dessintonia do campo de bombeio ∆, sua intensidade I B e a temperatura da célula de Rubídio T Rb .Além da caracterização do ganho, estudaram-se também a absorção eletromagneticamente induzida e as intensidades dos feixes conjugados.Obtiveram-se ganhos de até 450% ajustáveis via sintonização destes parâmetros.Os elevados ganhos em meios atômicos permitem geração de emaranhamento sem uso de cavidade e aceitam operação multimodo.Consequentemente podem ser usados na realização de medidas ultraprecisas e ensejam a possibilidade de explorar regimes até agora inatingíveis pelos Osciladores Paramétricos Óticos [OPO] baseados em cristais (nos quais os ganhos são da ordem de 4%).O OPO tem sido estudado em situações acima ou abaixo do limiar, mas na transição rareiam resultados experimentais.Os resultados obtidos foram comparados com a literatura, e o próximo passo é usá-los em cavidades abertas para construir um OPO que seja facilmente operado acima ou abaixo do limiar, e estudar o limite entre vácuo enmaranhado e feixes intensos.Espera-se observar estados emaranhados não gaussianos gerados neste sistema e estudar suas aplicações em processamento de informação com variáveis contínuas da luz.
Estudamos teoricamente a geração de estados emaranhados do campo eletromagnético através do processo de mistura de quatro ondas em uma nuvem de átomos frios em configuração duplo-Λ trabalhando perto da ressonância.Mostra-se que neste caso é possível gerar emaranhamento com uma potência de bombeio muito menor do que na situação em que temos átomos quentes [17].Baseando-se nos parâmetros da armadilha de átomos de rubídio de nosso laboratório, calcula-se uma violação de 46.5 % do limite imposto pela desigualdade DGCZ [59] para uma frequência de Rabi dos bombeios de Ω =0.8 MHz (neste caso, equivalente a uma potência de 0.3 µW) e uma dessintonia de ∆ =20 MHz para uma transição Λ enquanto a outra permanece ressonante.Também foi analisado o emaranhamento entre as bandas laterais dos feixes de prova e conjugado, estudando a estrutura do emaranhamento entre estes quatro modos através do critério positividade sobre transposição parcial em variáveis continuas.Nesta análise, se observaram correlações quânticas entre pares de campos (a banda superior do feixe de prova e a banda inferior do feixe conjugado, e a banda inferior do feixe de prova e a banda superior do feixe conjugado).Estas evidências, junto com as equações de evolução dos feixes, sugerem que a mistura de quatro ondas, dentro das considerações supostas neste trabalho,