Orientador: Jose Antonio Roversi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:45:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_DagobertodaSilva_D.pdf: 2268838 bytes, checksum: d10685b1f660f7d8ce86950bf96a0421 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Nessa tese, estudamos a dinâmica de sistemas quânticos: átomos em cavidades e íons aprisionados. Para átomos em cavidades ( QED ) , focalizamos a nossa atenção na dinâmica do campo preparado em uma superposição de estados coerentes e em uma mistura estatística. Nesse sistema, usando o modelo Jaynes-Cummings dependente da intensidade (DNJCM) discutimos alguns aspectos da dinâmica átomo-campo com uma interação tipo Jaynes-Cummings (JCM) e mostramos que para o campo preparado em um estado de 'gato par', esse será encontrado 'próximo' de um estado de gato ímpar, para o primeiro tempo de 'revival' e nesse mesmo tempo o átomo inicialmente no estado excitado estará 'próximo' do estado fundamental; esse comportamento é uma conseqiiência da conservação da paridade do sistema total. Um outro aspecto da dinâmica do campo discutido aqui, foi a purificação estado do campo inicialmente preparado em uma mistura estatística para a metade do primeiro tempo de 'revival'. Como pode ser observado na dinâmica da função Q, não obtemos um purificação do campo porque ambos os estados coerentes ?a > e 1- a > não produzem estados puros idênticos para esse tempo e consequentemente não teremos uma purificação. No sistema de íons aprisionados, discutimos a geração de estados não clássicos e os efeitos de perda de coerência nessa geração. Para explicar o efeito de perda de coerência, propuzemos um modelo que leva em consideração o acoplamento entre modos cruzados do movimento do íon. Esse acoplamento pode ser induzido por flutuações no laser e no potencial da armadilha, ocasionando flutuações na freqiiência de Rabi, levando a uma perda de coerência no modo principal do íon sem relaxação de energia e de acordo com os resultados experimentais. Ainda com íons, apresentamos um novo método para tratar a dinâmica deste sem recorrermos ao limite de Lamb-Dicke. O método é ba.."eado em uma transformação unitária que leva a Hamiltoniana do sistema em uma Hamiltoniana tipo Jaynes-Cummings (JCM). Focalizamos a nossa atenção na dinâmica atômica e na dinâmica do número médio de excitações do íon. A dinâmica obtida é diferente da dinâmica de quando o sistema é tratado na forma tradicional, ou seja usando o limite de Lamb-Dicke (LDL). Nessa nova dinâmica o sistema se comporta similarmente ao modelo Jaynes-Cumings forçado (DJCM) e com uma escolha apropriada dos parametro do íon efeitos de 'super-revival' são observados. Além do comportamento dinâmico dada acima, a transfomação tem sido utilizada como proposta de implementação de portas quânticas rápidas com velocidade que pode chegar a duas ordem de grandeza maior do que as obtidas por outros métodos. Uma outra aplicação importante tem sido a utilização da transformação para a geração de 'gatos de Schrõdinger' / Abstract: In this thesis we studied the dynamics of two quantum systems: atoms in a cavity and trapped ions. For atoms in a cavity ( QED ) , we studied the dynamics of field prepared in a superposition of coherent states and a statistical mixture. In this system, using a Intensity-Dependence Jaynes-Cummings model (DNJCM) we discuss some aspects of the dynamics of atom-field in the Jaynes-Cummings model (JCM) interaction, and showed that for a field prepared in a even-coherent state ( even Schrõdinger cat) it becomes an odd-coherent state ( odd Schrõdinger cat) at the first revival time, and at the same time the atom initially prepared in the excited state becomes the ground state. This behavior is due not only for energy conservation reason, but also for parity conservation in the atomfield system. We have found that, in DNJCM, a field initially prepared in a statistical mixture evolves toward apure state. This is a consequence of the intrinsic periodicity of the model. We may ask why this behavior has not been noticed by considering the field evolution in the ordinary JCM. In the trapped ion system, we studied the generation of nonclassical state of motion of a single ion. To explain the decoherence we introduced a phenomenological model that consider mode cross-coupling. This coupling can be due to technical problems: intensity fluctuation of the laser beams and instabilities of the trap leading to decoherence of the principal mode. Still studying ions, we show a new approach to discuss the dynamics of the ion without the Lamb-Dicke Limit (LDL). In this approach we depart from the full ion laser Hamiltonian, and perform a unitary transformation that allows us to obtain a JCM like Hamiltonian. The dynamics obtained is different from the dynamics when the system is treated in the traditional form, in the LDL. In the new dynamics the system is similar to the Driven-Jaynes-Cummings model (DJCM), and we expect the phenomenon of super-revival to be present in the ion system. Besides the dynamics present here, the transformation has been used in a scheme for generation of a quantum gate and Schrodinger cats / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRMS.pdf: 6509479 bytes, checksum: 46f0b62dec23c8e8c6a7f264f8418bdc (MD5) Previous issue date: 2002-07-22 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work we present a proposal protocol for engineering arbitrary motional states of trapped ions.Our scheme is based on both techniques of quantum state sculpture and projection synthesis. Next, we investigate the decoherence process in ion traps due to the polarization of the residual background gas. Our results are compared with experimental data round in the literature. We also introduce a scheme for probing the tunneling mechanism os a single ion trapped in a double-well electromagnetic potential. The tunneling process is characterized through the probability for a fluorescence measurement of electronic ground state of trapped ion. Finally in the running wave domain, we present a protocol for the teleportation of an entangled of zero- and one- photon states of the running wave field. We consider the process of photoabsorption in the linear and nonlinear optical elements required to achieve 100% of probability of sucess in the ideal case. / Neste trabalho apresentamos um protocolo para a engenharia de estados vibracionais arbitrários de íons aprisionados que combina as técnicas de escultura de estados e síntese da projeção. Este protocolo é desenvolvido tratando-se situação realista em que flutuações na intensidade dos feixes laser estão presentes. Em seguida, uma investigação do processo de decoerência em armadilhas iônicas, devido a polarização do gás residual da armadilha é detalhadamente descrito. Novos resultados são comparados com os dados experimentais apresentados na literatura. Apresentamos também um esquema para a sondagem do processo de tunelamento de um único íon em um potencial do tipo poço duplo. Esta sondagem é realizada por meio da medida fluorescente do estado eletrônico fundamental do íon. Por fim, no contexto de ondas propagantes apresentamos um protocolo para o transporte de estados emaranhados de zero e um fóton do campo de radiação. Consideramos a ocorrência de fotoabsorção nos elementos ópticos lineares e não lineares requeridos para alcançar 100% de probabilidade de sucesso no caso ideal.

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-08-06T16:53:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FernandoLuisSemiaoda_D.pdf: 1615501 bytes, checksum: 370145b0056b0b8da7cf94fb9d01bc25 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A presente tese é dedicada à utilização de conhecidos sistemas quânticos em aplicações de interesse em óptica e informação quântica. Motivados pelos recentes avanços experimentais em sistemas formados por íons aprisionados interagindo com lasers e na eletrodinâmica quântica de cavidades, nós focamos grande parte de nossas propostas nestes sistemas. Mais especificamente, nós estudamos a interação de íons e campos quantizados na chamada eletrodinâmica quântica de cavidades com íons aprisionados. Neste contexto, iniciamos nossos trabalhos com uma proposta de geração de superposições mesoscópicas no movimento do íon. Uma vez que tais superposições são muito sensíveis à decoerência, incluímos perdas na cavidade para tratar uma situação mais realista. Através da observação de quantum jumps, ou fóton-contagens fora da cavidade, mostramos um esquema de geração de estados com características quânticas muito similares aos encontrados no caso da cavidade ideal, sem perdas. Neste aspecto, encontramos um modo de usar a dissipação a nosso favor, fato de grande interesse experimental devido às imperfeições dos espelhos reais. Apresentamos também uma proposta de implementação de uma interação do tipo Kerr em íons como uma alternativa ao uso de cristais não-lineares que apresentam baixíssima eficiência para esse tipo de efeito. Essa proposta abre novas possibilidades para o uso de íons em medidas não demolidoras e computação quântica. Nossos estudos na área de eletrodinâmica quântica com íons aprisionados terminam com a análise dos efeitos do movimento do íon na dinâmica das transições multi-fotônicas. Esse é um estudo mais fundamental e está relacionado com o entendimento da interação da radiação com a matéria. Na última parte desta tese são apresentados resultados sobre o uso de sistemas de muitos corpos para a distribuição de informação quântica. O objetivo de se estudar estes sistemas mais complexos é a busca de implementação de protocolos quânticos em larga escala. Neste sentido, poderíamos pensar numa cadeia de osciladores harmônicos acoplados como ocorre em sistemas típicos da física da matéria condensada. Em particular, nós estudamos como aumentar a eficiência na transmissão de emaranhamento nestas cadeias. Propusemos um esquema que funciona como um tipo de quantum data bus, ou ônibus quântico para transportar e distribuir emaranhamento com alta eficiência / Abstract: This thesis is concerned with the use of firmly established quantum systems for applications in quantum optics and quantum information. Having been driven by recent experimental advances in laser-manipulated trapped ions and cavity quantum electrodynamics, we concentrated more on proposals to be implemented in those systems. Being more specific, we have studied the interaction between trapped ions and quantized fields in the so-called cavity quantum electrodynamics with trapped ions. In this context, we began with a proposal to generate mesoscopic superpositions in the motion of the ion. Since these superpositions are extremely sensitive to decoherence, we have included cavity losses in order to make the situation slightly more realistic. We showed that the observation of quantum jumps, or photon detection outside the cavity, would generate quantum states with properties close to that generated in the ideal lossless case. In spite of the normally destructive effect of dissipation, we found a way to use it in our favor which turns out to be of great experimental importance due to always present mirror imperfections. We also showed how to mimic cross-Kerr nonlinearities in the cavity-ion system as a feasible alternative to the use of nonlinear crystals whose intensity of that non-linearity is too weak. This proposal opens up new possibilities for the use of trapped ions in non-demolition measurements and quantum computing. We finish our work in cavity electrodynamics with trapped ions with the study of the effect of the ionic motion on the dynamics of multiphotonic transitions. This is a more fundamental issue that is related to the understanding of matter-field interaction. In the last part of this thesis, we present results on the use of many-body systems for quantum information distribution. It was our goal to study more complex systems for the implementation of quantum protocols in large scale. In this sense, one could think of a chain of coupled harmonic oscillators as commonly found in condensed matter physics. Particularly, we dealt with the efficiency of entanglement transmission through the chain, trying to improve it. We ended up with a scheme which acts as a quantum data bus able to transport and distribute entanglement around quite efficiently / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Jose Antonio Roversi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T05:38:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nohama_FabianoKenji_D.pdf: 1986556 bytes, checksum: dce935416c59935cf9e7d868f74c5653 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nesta tese estudamos um sistema de duas cavidades acopladas e sua interação com átomos de dois níveis bem como com íons aprisionados. Para o acoplamento entre as cavidades consideramos dois mecanismos distintos: (1) acoplamento pela sobreposição dos campos e; (2) acoplamento via fibra óptica. Considerando a interação dos campos acoplados com átomos de dois níveis nós observamos o emaranhamento em um sistema tripartite (quando as cavidades estão interagindo com apenas um átomo). Também foi possível obter a transferência do estado quântico entre dois átomos localizado em cavidades diferentes. Além disso elaboramos uma proposta relativamente simples para a geração de estados maximamente emaranhados (estados de Bell) entre dois átomos utilizando as duas cavidades acopladas. Por último, estudamos dois íons aprisionados, cada um deles localizado no interior de cavidades diferentes. As duas cavidades sendo conectadas por uma fibra óptica. Neste caso foi possível observar a transferência de um conjunto de estados de dois-qubits a partir dos graus de liberdade (de movimento e dos estados internos) de um dos íons para o outro, localizado em uma cavidade diferente. Nas propostas envolvendo a transferência de estados quânticos e a geração de estados de Bell foram incluídos os efeitos de dissipação devido à presença de um reservatório de temperatura T = 0K. Com isso pudemos concluir que as propostas são confiáveis para as reais taxas de dissipação observadas em experimentos / Abstract: In this thesis we studied a system of two coupled cavities and its interaction with two-level atoms and trapped ions. For the coupling between the cavities we considered two situations: (1) coupling due the overlap between the fields and; (2) coupling by optical fiber. Considering the interaction of the coupled fields with two-level atoms we observed the entanglement in a tripartite system (when the cavities are interacting with only one atom). When both cavities are interacting with an atom it was possible to obtain the quantum state transfer between two atoms located in different cavities. Besides, we conceived a relatively simple proposal to the generation of maximally entangled states (EPR states) between two atoms using the two coupled cavities. At last we studied two trapped ions, each one located inside different cavities. The two cavities are connected by an optical fiber, where it was possible to observe the transfer of a two-qubits set from the movement and internal states degrees of freedom of one of the ions to the other one, located in a different cavity. In the proposals involving the quantum state transfer and the EPR state genera-tion we included the dissipation effects due the presence of a reservoir at temperature T = 0. With this we concluded that the proposals are reliable considering dissipation rates observed in experiments / Doutorado / Física Geral / Doutor em Ciências