Research lines of the Quantum and Atom Optics Group at the Universitat Autònoma de Barcelona
Albert Benseny, Ricard Menchon-Enrich, Daniel Pagès, Frank Bello, Alessandro Ferraro, Yurii V. Loiko, Carlo Ottaviani, Antonio Picó, Todor K. Kalkandjiev, V. Ahufinger, R. Corbalán, J. Mompart
espanolLa investigacion actual del Grupo de Optica Cuantica y Atomica de la Universitat Autonoma de Barcelona se concentra fundamentalmente en el control coherente de sistemas optico-cuanticos en varios campos que abarcan desde los atomos ultrafrios y la computacion cuantica hasta la fotoionizacion y la generacion de armonicos mediante laseres intensos. En este articulo, describiremos brevemente nuestros resultados mas recientes en estas lineas de investigacion. EnglishThe present research of the Quantum Atom Optics Group at the Universitat Autonoma de Barcelona focuses on the coherent control of quantum optical systems with applications in areas ranging from ultra cold atom physics and quantum computation to photoionization and harmonic generation with strong lasers. In this article, we will briefly describe our most recent results on these lines of research
espanolLa investigacion actual del Grupo de Optica Cuantica y Atomica de la Universitat Autonoma de Barcelona se concentra fundamentalmente en el control coherente de sistemas optico-cuanticos en varios campos que abarcan desde los atomos ultrafrios y la computacion cuantica hasta la fotoionizacion y la generacion de armonicos mediante laseres intensos. En este articulo, describiremos brevemente nuestros resultados mas recientes en estas lineas de investigacion. EnglishThe present research of the Quantum Atom Optics Group at the Universitat Autonoma de Barcelona focuses on the coherent control of quantum optical systems with applications in areas ranging from ultra cold atom physics and quantum computation to photoionization and harmonic generation with strong lasers. In this article, we will briefly describe our most recent results on these lines of research
espanolIn this article we review the main research activities of the Quantum and Nonlinear Optics group at the Universitat de Valencia in Spain. The main efforts are on the generation of multimode squeezing within nonlinear optical cavities, on the quantum optics side, and on cavity soliton generation, on the nonlinear optics side. However other topics such as quantum walks or soliton formation in BoseEinstein condensates, among others, are also covered. espanolRevisamos en este articulo la principales actividades investigadoras del grupo de Optica Cuantica y No Lineal de la Universitat de Valencia (Espana). Los esfuerzos principales se centran en la generacion de luz comprimida multimodo, por lo que respecta a la optica cuantica, y en la generacion de solitones de cavidad en la parte de optica no lineal. Sin embargo, tambien se cubren tematicas tales como los paseos cuanticos y la formacion de solitones en condensados de Bose Einstein, entre otros.
En este trabajo se presenta una breve descripcion de los principales resultados del trabajo de investigacion desarrollado por nuestro grupo en optica integrada cuantica. La principales lineas de investigacion del grupo siempre han estado en la optica integrada y en los ultimos anos se han desarrollado ademas varios estudios cuanticos teoricos y aplicados de dispositivos opticos integrados lineales y no lineales. Estos estudios han tenido como principal objetivo el analisis teorico riguroso tanto de la propagacion como de la caracterizacion de estados de luz cuantica en dispositivos de guia de onda mediante el operador Momento y las ecuaciones espaciales de Heisenberg, y tambien mediante propagadores opto-cuanticos calculados con el formalismo de Feynman sobre el espacio multimodo de campo optico. En este espacio las distribuciones de probabilidad estan bien definidas y ademas pueden medirse mediante tecnicas de deteccion homodina y/o heterodina multimodo. Asimismo se indican algunas lineas de investigacion futura tanto teorica como experimental sobre optica integrada cuantica.
La presente tesis se enmarca dentro de los campos de la Optica Cuantica y la Optica Atomica, mas especificamente en el area de atomos frios y su control y manipulacion mediante laseres. En estas ultimas decadas, estos campos han experimentado un enorme desarrollo, debido principalmente a las nuevas tecnicas que permiten el control y manipulacion de atomos. Estas tecnicas han abierto el campo de las interacciones luz - materia a estudios sobre nuevos efectos y nuevos estados de la materia como el condensado Bose-Einstein o el gas de Tonks-Girardeau.
Esta tesis esta dividida en tres partes. La primera parte estudia iones atrapados y su interaccion con laseres. Los iones quedan atrapados mediante diferentes combinaciones de campos electromagneticos, y pueden ser manipulados y controlados individualmente mediante laseres. En esta primera parte se presenta una generalizacion del concepto de sideband transitions o transiciones de banda lateral, valida para laseres de intensidad y desintonia arbitrarios. Tambien en esta primera parte de la Tesis se estudian los diferentes corrimientos de frecuencia observados en el espectro energetico de un ion atrapado iluminado con un laser.
La segunda parte esta dedicada a mostrar efectos interesantes que se producen en interferometria atomica debido al movimiento cuantico. El uso de atomos en interferometria en lugar de fotones presenta algunas ventajas. Los atomos interaccionan fuertemente con campos electromagneticos debido a su estructura interna, de forma que pueden ser manipulados y controlados de forma muy precisa. Ademas, el hecho de tener masa no nula, permite el estudio de fuerzas gravitacionales. Los efectos debidos al movimiento cuantico se estudian en un interferometro atomico de Mach-Zender, y tambien se estudia la interferometria Ramsey, mostrando que las franjas de interferencia se pueden hacer mas estrechas si los dos campos tienen frecuencias distintas y se controla su diferencia de fase.
Finalmente, la tercera parte trata algunos aspectos novedosos del Efecto Zeno Cuantico. Se comparan medidas pulsadas y continuas en un sistema optico-quantico simple, generalizando resultados anteriores.
En el ultimo capitulo de esta fase se exploran diferentes formas de controlar y manipular el decaimiento exponencial inducido por mediciones frecuentes en sistemas optico-quantico simples. Se examinan la influencia de diferentes factores como la influencia del estado inicial del atomo o el efecto de los terminos contr-rotantes cuando no se aplica la Aproximacion de Onda Rotante o Rotating Wave Approximation (RWA). En particular, a pesar de que los efectos Zeno y anti-Zeno cuanticos estan asociados a dependencias cuadraticas de la probabilidad de supervivencia, se encuentra un efecto anti-Zeno para dependencias lineales de la misma escogiendo adecuadamente el estado inicial y los parametros del laser.
espanolNuestro grupo, Ingenieria Cuantica de Luz, forma parte del ICFO- Institut de Ciencies Fotoniques, instituto de investigacion localizado cerca de la ciudad de Barcelona. Las areas de trabajo del grupo estan centradas en optica cuantica y no lineal. El grupo persigue la generacion, control, utilizacion y deteccion de luz clasica y cuantica para (a) explorar aspectos fundamentales de la teoria cuantica y (b) implementar nuevas aplicaciones que puedan requerir luz con caracteristicas especificas. Consideramos dos tipos de producir atrapamiento fotonico a traves de la implementacion de nuevas configuraciones que emplean conversiones parametricas espontaneas (SPDC). De entre estas lineas, estamos especialmente interesados en el uso del momento angular orbital de fotones para codificar informacion cuantica en espacios de Hilbert multidimensionales. EnglishOur group, Quantum Engineering of Light is part of the ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, a research institute located nearby the city of Barcelona. The areas of work of the group are nonlinear and quantum optics. The group aims at generating, tailoring, using and detecting new types of classical and quantum light for (a) exploring fundamental aspects of quantum theory and (b) implementing new applications that might require light with specific features. We consider new ways of tailoring photonic entanglement, through the implementation of new configurations that make use of spontaneous parametric down-conversion (SPDC). Along these lines, we are especially interested in the orbital angular momentum of photons to encode quantum information in multidimensional Hilbert spaces
espanolSe describe nuestro mas reciente trabajo en metrologia cuantica usando sistemas atomicos y fotonicos para medir con una sensibilidad por encima del limite cuantico estandar, es decir, por encima de el limite impuesto por el ruido de disparo y el ruido de proyeccion. Demostramos dos sistemas de magnetometria optica que emplean atomos de rubidio como sensores del campo, leyendo opticamente los atomos por la rotacion de Faraday. El primero, formado por atomos calientes, opera mas alla del limite de la sensibilidad por el ruido de disparo, usando como haz de prueba luz polarizada comprimida. El segundo, un magnetometro de atomos frios de siguiente generacion, opera con principios similares pero con un alto control en los atomos. Demostramos medidas cuanticas no destructivas del espin colectivo de la nube de atomos y que estan en el limite de la sensibilidad tanto del ruido de disparo como del ruido de proyeccion. EnglishWe describe our recent work in quantum metrology using atomic and photonic systems for measurements with sensitivity beyond the standard quantum limit, e.g., beyond the shot-noise and projection-noise limits. We demonstrate two optical magnetometry systems using rubidium atoms as field sensors, with optical read-out by paramagnetic Faraday rotation. Our hot-atom magnetometer operates beyond the shot-noise limit of sensitivity using a polarization-squeezed optical probe. Our next-generation cold-atom magnetometer operates on similar principles but with much greater atomic control. We demonstrate quantum-non-demolition measurement of the collective spin of the atom cloud at both the shot-noise and projection-noise limits of sensitivity
En este trabajo presentamos las líneas de investigación del Grupo de Física del Láser, Óptica Cuántica y Óptica No Lineal de la UCM. La investigación comprende trabajos experimentales y teóricos en el desarrollo de prototipos de láser, análisis de inestabilidades espacio-temporales en láseres de gran apertura, el estudio de propagación de radiación en régimen de luz lenta y de pulsos ultracortos en medios resonantes y no resonantes, la generación de radiación por procesos no lineales y el estudio de memorias ópticas por eco fotónico.