Reportamos el calculo del espectro energetico de moleculas individuales acopladas a un campo laser externo en un arreglo de moleculas de terrileno inmersas en un cristal de para-terfenilo. Se realiza el calculo numerico exacto de la dinamica cuantica disipativa de dichas moleculas en el formalismo de la matriz densidad. Nuestros resultados ilustran el comportamiento de los autoestados del sistema y de las poblaciones en funcion de la intensidad de la interaccion entre moleculas, de los mecanismos disipativos y del acoplamiento al laser externo. Mostramos que es posible inducir una dinamica cuantica condicional disipativa en el dimero debido a la accion del campo externo coherente y de la interaccion intermolecular.
Como aplicacion directa, realizamos la simulacion de las compuertas logicas cuanticas CNOT y SWAP.
Reportamos el calculo del espectro energetico de moleculas individuales acopladas a un campo laser externo en un arreglo de moleculas de terrileno inmersas en un cristal de para-terfenilo. Se realiza el calculo numerico exacto de la dinamica cuantica disipativa de dichas moleculas en el formalismo de la matriz densidad. Nuestros resultados ilustran el comportamiento de los autoestados del sistema y de las poblaciones en funcion de la intensidad de la interaccion entre moleculas, de los mecanismos disipativos y del acoplamiento al laser externo. Mostramos que es posible inducir una dinamica cuantica condicional disipativa en el dimero debido a la accion del campo externo coherente y de la interaccion intermolecular.
Como aplicacion directa, realizamos la simulacion de las compuertas logicas cuanticas CNOT y SWAP.
Cuantificamos el grado de intrincamiento dinamico de un sistema de moleculas individuales acopladas dipolarmente, inmersas en un medio dispersivo de indice de refraccion, en interaccion con un campo laser externo coherente. Calculamos la Concurrencia en la generacion de estados maximamente intrincados y comparamos con otras medidas de intrincamiento. A partir del operador densidad encontrado de la ecuacion maestra cuantica disipativa, calculamos el espectro de fluorescencia del sistema, obteniendo un observable que evidencia directamente el acoplamiento entre las moleculas individuales. Nuestros resultados consideran escalas de energia, frecuencias de excitacion e intensidades de acople al laser externo y ratas disipativas realizables en el laboratorio con tecnologia actual.
El objetivo principal de este trabajo es estudiar, bajo los fundamentos de la Mecánica Cuántica, la dinámica de sistemas supramoleculares compuestos por moléculas de Triarilamina, las cuales interactúan fuertemente con un entorno polar (Anisol). La interacción fuerte entre las moléculas está regida por la interacción dipolar, que depende de la distancia de separación entre ellas y la orientación que tengan dentro de la estructura. Para resolver la dinámica abierta se utiliza la técnica de Ecuaciones Jerárquicas de Movimiento (HEOM), donde se considera un sistema cuántico de cuatro niveles de energía que interactúa con un entorno bosónico. La dinámica disipativa del sistema es estudiada desde el régimen Markoviano, donde la aproximación de Born-Markov es válida, al no-Markoviano donde la interacción sistema-entorno es fuerte y los efectos de memoria tienen un papel fundamental en la evolución del sistema. Inicialmente se estudia la dinámica sin tener en cuenta la aplicación de un láser externo sobre el sistema para diferentes estados iniciales, luego se muestran los efectos que tiene el láser en el comportamiento del sistema, así como también se realiza un análisis detallado de la dinámica del sistema a bajas y altas temperaturas. Se muestra que el sistema se ve favorecido cuando se asume que las moléculas se encuentran inicialmente en un estado entrelazado, esto debido a que los fenómenos cuánticos, como la coherencia, permanecen durante más tiempo.
RESUMEN: En este trabajo se estudia la cuantificación del entrelazamiento entre el movimiento vibracional y rotacional en moléculas diatómicas polares sometidas a campos eléctricos externos. Si bien los estados vibrorotacionales estacionarios presentan separabilidad (y por tanto, no presentan entrelazamiento) la presencia de un campo externo (tanto estático como dinámico en forma de pulsos) produce funciones de onda rotovibracionales de superposición lineal que implican correlación vibrorotacional. Se analizan las entropías de entrelazamiento de dichas funciones correlacionadas en función de la intensidad del campo estático. En el caso dinámico, se analiza el establecimiento de entrelazamiento y su dinámica en función de los parámetros del pulso (amplitud, frecuencia, duración, fase) de forma que a través de ellos pueda realizarse un control para generar estados con una magnitud de entrelazamiento deseada (máxima o mínima). Los cálculos de entropías se realizan en términos de entropías lineales y de von Neumann, la cuales se calculan a través de los autovalores de las matrices densidad reducidas (vibracionales y rotacionales) con la implementación del teorema de Schmidt.
En esta Tesis Doctoral se investiga, para acoplamientos dependientes del tiempo, la dinámica y termodinámica de la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, utilizando el formalismo de Máxima Entropía. Para un Sistema de dos Modos, acoplados a través de una interacción dependiente del tiempo, se demuestra la existencia de estados compactados a temperatura distinta de cero. Para el Hamiltoniano de Jaynes-Cummings dependiente del tiempo se presentan varios conjuntos infinitos de Operadores Relevantes que describen la física del modelo. Además se demuestra que la dinámica está restringida por la existencia de varios conjuntos infinitos de Invariantes del Movimiento. Para el Hamiltoniano de Jaynes-Cummings, con el agregado de un medio no-lineal del tipo Kerr, se encuentra que la no-linealidad induce una n de un Operador Relevante está dada por la Serie de Fibonacci. En ambos dinámica no-trivial pues la cantidad de caminos que conectan el orden cero y Hamiltonianos se desarrolla, en el Espacio Dual de Lagrange, el problema de las condiciones iniciales y se reobtienen los resultados ya conocidos. Se investigan, numéricamente, distintas dependencias temporales para varias condiciones iniciales en los dos modelos. El problema de la disipación cuántica se estudia exactamente para el caso de un solo oscilador y para el de dos niveles interactuantes, donde ambos sistemas se encuentran acoplados a un reservorio de tamaño finito y espectro discreto. Se muestra como la disipación es una consecuencia de la dinámica colectiva de los sistemas; se comprueba la existencia de ciclos de recurrencia de Poincare; se discuten las consecuencias de las soluciones obtenidas. Finalmente, se concluye que los resultados e ideas presentadas pueden ser usados como una herramienta en la resolución de otros problemas en Óptica Cuántica.
RESUMEN: En este trabajo de tesis doctoral, en el marco de electrodinámica cuántica de cavidades de la interacción de la luz y la materia bajo bombeos coherentes e incoherentes y disipaciones, se estudian dos sistemas físicos conformados por excitones y cavidades de cristal fotónico. El primer sistema consta de dos nano-cavidades con un punto cuántico embebido en una de ellas (molécula fotónica). Se estudia su dinámica por medio de la ecuación maestra sin un término de acople entre las cavidades y se calcula el espectro de fotoluminiscencia con el formalismo de funciones de Green. Se encontró que el bombeo excitónico puede suplir el término de acople entre las cavidades. El segundo sistema consta de dos puntos cuánticos inmersos en una cavidad de cristal fotónico (molécula de puntos cuánticos) con un término de tunelamiento entre ellos. En este sistema se estudian tres modelos de cuasipartículas en el estado estacionario, esquema de estados desnudos, molecular y polaritónico que profundizan en la física involucrada en los autoestados del hamiltoniano para tres conjuntos de parámetros que optimizan o maximizan las condiciones del gap energético. Se analizan a fondo, características de medidas cuánticas como la composición fraccional, la entropía lineal y la concurrencia, para determinar cual descripción da información física más detallada del sistema como el entrelazamiento y la pureza de los estados. Se analizan también, observables como el espectro de fotoluminiscencia, correlaciones de segundo orden, número medio de fotones y número medio de excitaciones.
Los sistemas cuanticos complejos disponen de un amplio espectro de estados excita- dos y en ocasiones se hace preciso excitar uno de ellos en concreto, de forma que su poblacion sea dominante. Habitualmente el concepto de excitacion en sistemas cuan- ticos viene asociado al concurso de la radiacion. Sin embargo, en este estudio nos pro- ponemos mostrar que otras interacciones supuestamente menores, como los efectos de acoplamientos no adiabaticos tambien pueden generar excitaciones en principio controlables, que pueden reproducir la dinamica que surge debido a la interaccion con la radiacion. En nuestro caso, se presenta de forma tanto teorica como numerica, la dinamica de un sistema cuantico simple, tal como lo es una particula cargada con- finada por paredes de potencial infinito (particula en una caja cuantica), en presencia de dos perturbaciones externas, un campo electromagnetico y una fuerza que produce el movimiento de las paredes de la caja.
Adicionalmente, dado el progreso experimental en la construccion de pulsos laser de femtosegundos, surge la cuestion de investigar cual seria la mejor forma que adoptaria un pulso con el fin de obtener un objetivo especifico mediante el control de la dinamica de un sistema atomico. La respuesta a esta pregunta esta apoyada en la teoria de control optimo, una herramienta matematica que permite disenar teoricamente pulsos ultracortos que optimizan la dinamica de sistemas que evolucionan en el tiempo. De esta manera, se propone la teoria de control optimo para estudiar la probabilidad de poblar un estado con paridad definida en una caja cuantica sometida a una perturbacion externa (parametro de control). Para esto, se sugiere un metodo de optimizacion a partir de un algoritmo iterativo que entrega la forma optima del parametro que controla la dinamica del sistema, que en nuestro caso sera un pulso laser ultracorto. Ademas, se halla el espectro de frecuencias del pulso y se analizan los procesos multifotonicos a partir de las frecuencias mas dominantes. Finalmente, se extiende el metodo de control optimo para disenar un movimiento mecanico de la caja cuantica que optimice la poblacion a un estado excitado preseleccionado.