Neste trabalho investigamos a dissipação de um modo de campo eletromagnético imerso em uma cavidade óptica à temperatura nula. Analisamos primeiramente a situação átomo+cavidade e revisamos a abordagem usual para a descrição da dinâmica do campo via uma equação mestra obtida a partir de um modelo microscópico. Para certas condições iniciais do estado do campo oferecemos uma nova abordagem para o computo da dinâmica do sistema que repousa em hipóteses mais claras do que as necessárias para a obtenção da equação mestra. Em seguida, consideramos a interação do campo com um átomo de dois níveis modelada pelo Hamiltoniano de Jaynes-Cummings, e sob a dissipação da cavidade, com enfoque na dinâmica da inversão de população. A partir de expressões aproximadas para a dinâmica deste sistema, analisamos determinadas grandezas de interesse na dinâmica da inversão de população, como os tempos, larguras, frequências e amplitudes dos ressurgimentos. Repetimos a análise para a dinâmica do sistema sob o protocolo de eco , que consiste em reverter a dinâmica do sistema pela aplicação de um pulso elétrico no átomo. dinâmica do sistema pela aplicação de um pulso elétrico no átomo.
Neste trabalho investigamos a dissipação de um modo de campo eletromagnético imerso em uma cavidade óptica à temperatura nula. Analisamos primeiramente a situação átomo+cavidade e revisamos a abordagem usual para a descrição da dinâmica do campo via uma equação mestra obtida a partir de um modelo microscópico. Para certas condições iniciais do estado do campo oferecemos uma nova abordagem para o computo da dinâmica do sistema que repousa em hipóteses mais claras do que as necessárias para a obtenção da equação mestra. Em seguida, consideramos a interação do campo com um átomo de dois níveis modelada pelo Hamiltoniano de Jaynes-Cummings, e sob a dissipação da cavidade, com enfoque na dinâmica da inversão de população. A partir de expressões aproximadas para a dinâmica deste sistema, analisamos determinadas grandezas de interesse na dinâmica da inversão de população, como os tempos, larguras, frequências e amplitudes dos ressurgimentos. Repetimos a análise para a dinâmica do sistema sob o protocolo de eco , que consiste em reverter a dinâmica do sistema pela aplicação de um pulso elétrico no átomo. dinâmica do sistema pela aplicação de um pulso elétrico no átomo.
Neste trabalho, consideramos a arquitetura de Eletrodinâmica Quântica de Circuitos (EDQc), onde um átomo artificial de dois níveis interage com um único modo do campo eletromagnético quantizado confinado em um ressonador guia-de-onda sobre um chip supercondutor.Devido ao ambiente de alto controle em que a EDQc é formulada, consideramos modulações temporais periódicas de um ou mais parâmetros do sistema, impostas por um agente externo, caracterizando um sistema de EDQc não-estacionário.Um Hamiltoniano efetivo foi obtido para descrever a dinâmica do sistema e, de maneira mais intuitiva, caracterizar o efeito físico a ser tratado de acordo com a frequência de modulação imposta.Também descrevemos a dinâmica para modulações simultâneas e multifrequências.Entre os efeitos estudados estão os já conhecidos efeito Casimir dinâmico (ECD) e o comportamento anti-Jaynes-Cummings (AJC).Além desses efeitos, discutimos o regime anti-efeito Casimir dinâmico (AECD), que foi apresentado recentemente.Em seguida, propomos duas abordagens para estudarmos os efeitos da dissipação Markoviana nas transições induzidas por modulação usando os estados vestidos da interação átomo-campo.A primeira abordagem foi através da equação mestra padrão da óptica quântica, e a segunda abordagem foi através da equação mestra na representação vestida, que foi recentemente apresentada.Nós analisamos como os diferentes canais dissipativos afetam a dinâmica do sistema e averiguamos a possibilidade de implementação dos fenômenos físicos estudados na arquitetura de EDQc.
de Óptica Quântica, aos meus amigos, minha família e a DEUS.Agradeço também ao apoio finaceiro da FAPESP.v Resumo Nessa dissertação de mestrado estudamos a dinâmica do emaranhamento entre dois átomos remotos localizados em cavidades distintas.O foco principal é a produção de estados maximamente emaranhados entre átomos de dois níveis em cavidades distintas e, em particular, acopladas.Inicialmente apresentamos os principais conceitos da Teoria de Informação Quântica, aspectos qualitativos e quantitativos do emaranhamento quântico, em seguida partimos para o sistema físico proposto: átomos em cavidades.Apresentamos o modelo de Jaynes-Cummings (MJC) e uma breve análise do emaranhamento que surge da interação átomo-campo descrita por esse modelo.No sistema de duas cavidades desacopladas apresentamos como gerar emaranhamento entre átomos remotos de forma condicional.É apresentado então o sistema formado por duas cavidades acopladas interagindo com átomos de dois níveis idênticos, fato que corresponde a constantes de acoplamento átomo-campo iguais (g 1 = g 2 ).A interação átomo-campo ainda é descrita pelo MJC já o sistema das cavidades acopladas pode ser modelado conforme a proposta de Zoubi et.al [1](para cavidades separadas por um meio físico a uma curta distância) ou pela proposta de Pellizzari [2](para cavidades conectadas por uma fibra óptica).Para escolhas adequadas dos parâmetros relevantes em cada caso, a dinâmica dos dois sistemas é equivalente a interação dos átomos com um campo mono-modo.Em conseqüência da aparente simplicidade, investigamos a dinâmica do emaranhamento entre átomos distantes, incluindo a geração de estados maximamente emaranhados (essencial para o processamento de informação quântica, comunicação quântica [3] e computação quântica distribuída [4, 5]) de forma determinística e sem a necessidade de uma interação indireta entre os modos das cavidades para gerar um estado inicial emaranhado compartilhado.
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
Apresentamos um estudo sobre o fenômeno da decoerência durante a evolução temporal de um estado atômico ao interagir com o campo eletromagnético de uma cavidade não ideal. Apresentamos um modelo em que o campo da cavidade esta acoplado a um banho externo e mostramos os efeitos dissipativos que este acoplamento pode gerar na decoerência para um sistema átomo campo. Discutimos as grandezas relevantes para analise da decoerência através de modelos analíticos e numéricos, principalmente entre os acoplamentos átomo campo e campo banho. Sugerimos que o retardamento observado no processo de decoerência seja uma característica geral em sistemas analisáveis como constituídos de três subsistemas acoplados sequencialmente, com propriedades espectrais e acoplamentos suficientemente assimétricos.
Nesta dissertação, investigamos a engenharia de interações e de reservatório em Eletrodi- nâmica Quântica de Cavidades. O sistema investigado consiste em átomos (íons), em uma dada con.guração de níveis, interagindo com um modo do campo de radiação aprisionado numa cavidade. O uso de campos clássicos externos se fez necessário para obtermos as interações desejadas. Primeiramente investigamos a interação de dois átomos idênticos de três níveis, con.- nados numa cavidade supercondutora de alto fator de qualidade, interagindo com o modo do campo desta e campos clássicos externos, e mostramos como gerar, assintoticamente, um estado coerente comprimido para o modo da cavidade, isto é, construímos um reser- vatório de modos comprimidos arti.cial para o campo de radiação da cavidade. Aqui, foi necessário assumir um forte decaimento atômico, ou seja, supomos que a taxa de decai- mento atômica era muito maior do que o acoplamento efetivo entre átomos e campos. Em seguida, utilizando do mesmo sistema anterior, estudamos como gerar estados emaranhados, relativos à base de Bell, entre os átomos. Porém, nesta etapa, a necessidade foi de um forte decaimento no modo da cavidade, utilizando, então, uma cavidade de baixo fator de qualidade. Em ambos os casos, consideramos apenas dois níveis efetivos para os átomos, al- cançando, assim, uma interação efetiva entre átomo e modo da cavidade correspondente à realização simultânea dos Hamiltonianos Jaynes-Cummings e anti-Jaynes-Cummings.
O principal proposito dessa dissertacao e estudar um novo modelo de interacao entre um atomo e um modo do campo eletromagnetico quantizado, assim como a sua aplicacao no problema de transferencia de emaranhamento entre qubits e sistemas de variaveis continuas. Inicialmente, apresentamos uma revisao do principal modelo de interacao atomo campo quantizado, conhecido como modelo de Jaynes Cummings, e tambem uma introducao ao emaranhamento, com o objetivo de estabelecer as medidas que serao utilizadas no restante do trabalho. Apos essa parte introdutoria, baseados no ja conhecido modelo Raman degenerado, propomos o modelo Raman Quase degenerado com intuito de descrever a interacao de um atomo de tres niveis na configuracao L e um modo do campo quantizado. Admitimos que o campo, no limite dispersivo, acopla os dois niveis atomicos inferiores ao estado de maior energia e este e eliminado por uma transformacao unitaria, ou por eliminacao adiabatica. Dessa forma, ele passa a desempenhar o papel de um nivel virtual que possibilita a transicao efetiva entre os dois estados de menor energia do atomo. Para chegarmos a forma final do Hamiltoniano efetivo, ainda supomos que a diferenca de energia entre os dois niveis inferiores e muito pequena se comparada a dessintonia do nivel excitado em relacao a frequencia do campo interagente. A partir das equacoes que descrevem a dinâmica do atomo interagindo com um campo coerente, investigamos a transferencia de emaranhamento de um par de atomos maximamente emaranhados para um par de cavidades preparadas inicialmente no estado puro e separavel de campo coerente. Naturalmente, tambem consideramos a transferencia no sentido contrario, campo atomo. Os resultados obtidos mostram que e possivel a transferencia completa nas duas situacoes. O ultimo assunto abordado nessa dissertacao foram os estados coerentes emaranhados do tipo cluster. Propomos um esquema para a geracao desse tipo de estado entre quatro cavidades separadas espacialmente utilizando apenas um atomo e duas zonas de Ramsey e tambem estudamos a influencia da dissipacao de energia
Abstract