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Emaranhamento quântico entre átomos localizados em cavidades distintas

B. F. C. Yabu-uti

Published Aug 31, 2007• 1 citation
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.47749/t/unicamp.2007.401026

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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

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•Apr 11, 2008•0 citations

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Resumo: Neste trabalho, apresentamos uma proposta para geração de emaranhamento entre três átomos localizados em duas cavidades espacialmente separadas, através da transferência de emaranhamento das variáveis contínuas do campo comprimido de dois modos Um par de átomos A1 e A2, preparados em um estado separável ou emaranhado, interage com um único modo do campo comprimido de dois modos na cavidade 1, enquanto o átomo B interage com o segundo modo do campo na cavidade 2 Expressões analíticas foram obtidas para o estado do sistema composto, estado do campo e estado dos átomos em função do parâmetro de interação e parâmetro de compressão, considerando diferentes estados iniciais do campo e dos átomos, localizados na cavidade de Alice Nós analisamos numericamente a geração, morte súbita, e renascimento de emaranhamento dos três átomos, como função do estado inicial dos átomos A 1 e A2 e parâmetro de compressão do campo eletromagnético Como o campo nas cavidades possui infinitos graus de liberdade, utilizamos função Q e o número médio de fótons, para uma análise qualitativa do emaranhamento dos modos campo nas cavidades distintas Aproximamos o estado comprimido do campo por um estado número dos fótons, que produz uma dinâmica de emaranhamento similar a do sistema proposto Com esta aproximação pode-se calcular a negatividade global do campo e verificar a transferência de emaranhamento dos modos do campo para os átomos nas cavidades espacialmente separadas O estado dos átomos apresenta emaranhamento tipo W, que pode ser utilizado em protocolos de comunicação quântica Um estado emaranhado puro de três átomos pode ser obtido com alta probabilidade, através de uma medida sobre o estado do campo nas cavidades Usando um protocolo simples, onde utilizamos um qubit auxiliar na cavidade 2, podemos destilar um estado W, a partir do estado tipo W fornecido pelo sistema A probabilidade de destilação depende do emaranhamento do estado tipo W Deste modo podemos utilizar o estado emaranhado de três átomos espacialmente separados em protocolos de comunicação quântica e teletransporte determinísticos

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Transferência de estado quântico em sistemas de cavidades acopladas

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.

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Emaranhamento de dois modos de campo numa cavidade óptica por interação com átomos de três níveis

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•May 1, 2024•0 citations

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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.

•Mar 3, 2010•0 citations
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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.
Resumo: Neste trabalho estuda-se o emaranhamento entre dois modos de campo de uma cavidade por interação com átomos de três níveis Apresenta-se uma análise da dinâmica de um sistema de átomos de três níveis interagindo com dois campos de laser e dois modos de uma cavidade São considerados um átomo no caso sem perda de coerência (causada pelo decaimento espontâneo) e N átomos no caso com perda de coerência Analisa-se o emaranhamento entre os modos de campo quantizado da cavidade usando a soma de variâncias dos operadores tipo EPR para os dois casos Para o caso sem perda de corência, estuda-se o valor médio do campo elétrico na cavidade Usando a negatividade é estudada a transferência de emaranhamento Para o caso com perda de coerência, mostra-se que nas condições estacionárias da soma das variâncias dos operadores tipo EPR, é possível aproximar-se do estado maximamente emaranhado para variáveis continuas pela manipulação dos campos de laser e o uso de cavidades de alta qualidade
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