Na 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 85Rb, acima do limiar de oscilação. Esta corresponde à primeira medida de emaranhamento em um OPO com susceptibilidade 3. O FWM, processo base para a construção deste OPO, acontece em meios não lineares tipo 3, como é o caso do isótopo de 85Rb. Previamente à construção do OPO, realizamos a revisão da teoria clássica e quântica do FWM, assim como a obtenção experimental do processo de FWM ao redor da linha D1 de absorção do 85Rb. O alto ganho do processo de FWM e o uso de cavidades abertas permitiu projetar a construção 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 diferença de intensidade de -2.7 dB [1]. A compressão de ruído é robusta para potências altas do feixe de bombeio, o que permitiu a operação estável do OPO até valores de até quatro vezes acima do limiar de oscilação. 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 geração de emaranhamento entre os dois feixes gerados pelo OPO [4], demonstrando a violação no critério de Duan, com um valor máximo de 2 p-+2 q+=1.56 (14). 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 bipartições específicas. Mostramos que a densidade atômica é um fator determinante para a geração e perda de correlações quânticas. A geração de feixes emaranhados com um OPO atômico trabalhando perto da ressonância de átomos alcalinos permite a integração natural em redes quânticas.
Na 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 85Rb, acima do limiar de oscilação. Esta corresponde à primeira medida de emaranhamento em um OPO com susceptibilidade 3. O FWM, processo base para a construção deste OPO, acontece em meios não lineares tipo 3, como é o caso do isótopo de 85Rb. Previamente à construção do OPO, realizamos a revisão da teoria clássica e quântica do FWM, assim como a obtenção experimental do processo de FWM ao redor da linha D1 de absorção do 85Rb. O alto ganho do processo de FWM e o uso de cavidades abertas permitiu projetar a construção 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 diferença de intensidade de -2.7 dB [1]. A compressão de ruído é robusta para potências altas do feixe de bombeio, o que permitiu a operação estável do OPO até valores de até quatro vezes acima do limiar de oscilação. 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 geração de emaranhamento entre os dois feixes gerados pelo OPO [4], demonstrando a violação no critério de Duan, com um valor máximo de 2 p-+2 q+=1.56 (14). 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 bipartições específicas. Mostramos que a densidade atômica é um fator determinante para a geração e perda de correlações quânticas. A geração de feixes emaranhados com um OPO atômico trabalhando perto da ressonância de átomos alcalinos permite a integração natural em redes quânticas.
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.
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.
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.
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.
Nesta dissertação, descreveremos as primeiras medidas de ruído quântico em um oscilador paramétrico ótico (OPO) bombeado em 780 nm, construído no nosso laboratório. Esse OPO servirá de fonte de estados não clássicos da luz para interação com átomos de rubídio. Faremos uma revisão da teoria clássica do OPO: o bombeamento de um cristal não linear inserido dentro de uma cavidade ótica, produzindo dois feixes intensos de luz (sinal e complementar) com cores distintas. Calcularemos as expressões para o limiar de oscilação, potências de saída dos feixes convertidos e compararemos as principais diferenças entre OPOs com cristais do tipo I e tipo II. Analisaremos a descrição quântica do OPO, calcularemos os espectros de ruído para as quadraturas do bombeio refletido e para as quadraturas dos feixes gêmeos. Veremos que o OPO gera feixes com correlações quânticas, como o emaranhamento tripartido, entres os três feixes envolvidos no processo não linear. O cristal não linear utilizado no nosso experimento é um PPKTP tipo I. Ajustando a temperatura do cristal, podemos gerar feixes próximos da degenerescência até uma diferença de comprimentos de onda de aproximadamente 350 nm. A compressão de ruído quântico observado na diferença das amplitudes dos feixes sinal e complementar é 44%(-2.5 dB). O próximo passo é a implementação da técnica da rotação da elipse de ruído por cavidades óticas, para medir os ruídos de fase dos três campos . Fazendo a verificação do emaranhamento tripartido e determinando a sua dependência com o ruído de fônons inserido pelo cristal, a caracterização do OPO estará completa. A caracterização deste OPO é um passo importante nos objetivos do LMCAL, que é realizar a troca de informação entre luz e átomos em uma rede quântica.
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.