Orientador: Amir Ordacgi Caldeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-23T23:44:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_MarceloRosenauda_M.pdf: 6322811 bytes, checksum: 2d4284b8beed1c719808aef9d4d307c6 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Neste trabalho estabelecemos as condições necessárias à existência de estados coerentes em um oscilador harmônico (ou modo eletromagnético) dissipativo, dentro de algumas hipóteses referentes ao modelo de dissipação. Mostramos como a existência destes estados encontra-se intimamente ligada a realização da chamada aproximação de onda girante, cujas condições de validade também serão determinadas. Para tanto realizamos uma diagonalização exata das Hamiltonianas dissipativas, utilizando o método conhecido como diagonalização de Fano. Aplicamos o resultado da diagonalização também no cálculo da evolução de valores médios de observáveis do sistema / Abstract: Not informed. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Nesse trabalho utilizamos um modelo analítico para avaliar o desempenho de estruturas semicondutoras contendo pontos quânticos que servem de base para a fabricação de fotodetectores que operam na faixa do infravermelho. O desempenho desses dispositivos foram avaliados através da corrente no escuro e da detectividade. Os trabalhos existentes na literatura, baseados neste modelo, não consideram a de­ pendência da estrutura eletrônica do ponto quântico com suas dimensões. Desta forma, neste trabalho, analisamos o comportamento da corrente no escuro e da de­tectividade em função de vários parâmetros que definem a estrutura da amostra, levando em consideração as dimensões dos QDs. Nossos resultados mostraram quais parâmetros devemos ajustar para fazer fotodetectores: (1) que contenham a maior densidade de QDs com dimensões compatíveis com a energia de ionização desejada; (2) que maximizam o desempenho do dispositivo e (3) minimizam o ruído do mesmo. / In this work we used an analytical model to calculate the dark current and the detectivity of infrared photodetectors based on InAs quantum dots semiconductor heterostructures. The existing works reported in the literature based on this analytical model do not take into account the electronic structure of the QD in the calculations. In this way, in the present work, we took into account the QD dimensions when we analized the dependence of the dark current and the detectivity on the parameters which define the sample structure. Our findings show which parameters must be adjusted in order to obtain photodetectors with: (1) the larger density of QDs with dimensions compatible with the wanted ionization energy; (2) that maximize the performance; (3) and that minimize the noise of the devices.

Nesse trabalho utilizamos um modelo analítico para avaliar o desempenho de estruturas semicondutoras contendo pontos quânticos que servem de base para a fabricação de fotodetectores que operam na faixa do infravermelho. O desempenho desses dispositivos foram avaliados através da corrente no escuro e da detectividade. Os trabalhos existentes na literatura, baseados neste modelo, não consideram a de­ pendência da estrutura eletrônica do ponto quântico com suas dimensões. Desta forma, neste trabalho, analisamos o comportamento da corrente no escuro e da de­tectividade em função de vários parâmetros que definem a estrutura da amostra, levando em consideração as dimensões dos QDs. Nossos resultados mostraram quais parâmetros devemos ajustar para fazer fotodetectores: (1) que contenham a maior densidade de QDs com dimensões compatíveis com a energia de ionização desejada; (2) que maximizam o desempenho do dispositivo e (3) minimizam o ruído do mesmo. / In this work we used an analytical model to calculate the dark current and the detectivity of infrared photodetectors based on InAs quantum dots semiconductor heterostructures. The existing works reported in the literature based on this analytical model do not take into account the electronic structure of the QD in the calculations. In this way, in the present work, we took into account the QD dimensions when we analized the dependence of the dark current and the detectivity on the parameters which define the sample structure. Our findings show which parameters must be adjusted in order to obtain photodetectors with: (1) the larger density of QDs with dimensions compatible with the wanted ionization energy; (2) that maximize the performance; (3) and that minimize the noise of the devices.

Orientador: Rui Fragassi Souza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T21:10:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramos_RubensViana_D.pdf: 10193106 bytes, checksum: bc8d0951722854c8a5bed651d87ad91b (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Esta tese trata da comunicação quântica, interferométrica e polarimétrica, em redes ópticas. Inicialmente usa-se a discretização de modos contínuos e o operador de.Pegg­Barnett para a obtenção das funções densidade de probabilidade, do número de fótons e da fase, de um estado coerente, a partir da envoltória do campo. Estas são calculadas numericamente em uma simulação do tipo Monte Carlo. O método é usado na simulação do protocolo quanto-criptográfico BB84 em um interferômetro a fibra óptica. Em seguida, propomos um equalizador óptico, estrutura fisica e algoritmo de equalização, para corrigir a variação da polarização devido à propagação na fibra óptica. Defrnimos, também, o grau de pureza para estados quânticos e encontramos sua relação com os conceitos mais comuns da teoria quântica da informação, como entropia quântica, fidelidade e informação mútua. Completamos descrevendo os estados quânticos entrelaçados e as medidas de entrelaçamento. Por fim, apresentamos o ressonador não-linear a fibra, RNL, o acoplador não-linear a fibra, ANL, e o efeito de birrefringência em fibra no regime não-linear. Em particular, mostramos a possibilidade de controle e sincronização de RNLs usando controladores nebulosos, bem com a possibilidade de variação da curva de transmissividade do ANL com a variação do perfil da constante de acoplamento. Aproveitamos as características destes dispositivos em comunicações quânticas / Abstract: This thesis deals with interferometric and polarimetric quantum communication in optical networks. We span from quantum optics till set ups of optical communications systems using non-linear optical devices, inc1uding the math behind the quantum information theory. We start using continuous mode discretization and the Pegg-Bamett phase operator in a method to obtain both the photon number and the phase probability density functions, of a coherent state, from the electric field envelope. Then, we apply the method in a simulation of the quantum-cryptographic protocol BB84, in a lossy and dispersive fibre interferometer. In continuation, an optical equaliser, with its structure and equalisation algorithm, is proposed in order to correct the scrambled polarisation due to the propagation in the fibre. After this, we define the degree of purity for quantum states, in a two-dimensional Hibert space, and we find out its relationship with the quantum entropy. Then, we attack the most common quantum information concepts as quantum distinguishability, fidelity and mutual information using the degree of purity. At last, we describe the quantum entanglement and the most common measure entanglement. Finally, we show, using numerical simulations, the behaviour of a non-linear fiber resonator, RNL, of a non-linear fibre coupler, ANL, and of the fibre birefringence effect in non-linear regime. In particular, we demonstrate the possibility of control and synchronization of RNLs with fuzzy controllers, as well as the possibility of changing the transmissivity curve of an ANL with the variation of its coupler coefficient profile. We apply those non-linear devices in quantum communications systems / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antonio Roversi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T22:02:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezHenao_JulioCesar_M.pdf: 3018273 bytes, checksum: 8a7504d4a51886c5befb08df936170c0 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nesta dissertação estudamos um sistema formado por dois íons de dois níveis aprisionados em cavidades ópticas acopladas, onde analisamos a transferência de estados de dois qubits a partir dos graus de liberdade (de movimento unidimensional e dos estados internos) de um dos íons para o outro. Para o acoplamento entre as cavidades consideramos dois mecanismos diferentes: (1) onde acoplamento é dado pela sobreposição dos campos (acoplamento direto) e (2) via fibra óptica. Em ambos casos foram utilizadas aproximações onde participam apenas um ou dois modos normais coletivos na transferência do estado. Tambem observamos que , na aproximação com dois modos normais, uma melhor transferência dos qubits no sistema acoplado por fibra óptica, quando é comparado com o sistema acoplado diretamente. Por último, estudamos, na aproximação com um só modo normal de transferência, os efeitos de reservatórios térmicos sobre a transferência dos qubits no sistema de íons aprisionados em cavidades acopladas via fibra óptica. Tais reservatórios foram representados pelos processos de emissão espontânea e flutuações na armadilha a temperaturas T = 0. Os resultados mostram que os reservatórios geram perdas na fidelidade da transferência dos qubits / Abstract: In this work we studied a system consisting of a pair of two-level trapped ions in coupled optics cavities, where we analyze the transfer of states of two qubits from the degrees of freedom (of movement and of internal states) of one ion to another. For the coupling between the cavities we consider two different mechanisms: One where the coupling is given by the overlap of the fields (direct coupling) and one optical fiber. In both cases we use aproximations in which only one or two collective normal modes are envolved in the transfer of the state. From these calculations we have noted that in the aproximations with two normal modes a better transfer of the qubit in the system coupled by optical fiber, compared with the system connected directly. Finally, we studied the effects of thermal reservoirs in system of trapped ions in cavities coupled via optical fiber in the proximity of the one normal mode transfer. These reservoirs represent the processes of spontaneous emission and fluctuations in the trap for T = 0 / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-02T12:53:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Munhoz_PabloParmezani_M.pdf: 1779982 bytes, checksum: 5e8503bd9a6e3650f31b1e2fff4b44bc (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho, apresentamos um estudo teórico da interação da radiação com a matéria. Investigamos a dinâmica do modelo de Jaynes-Cummings com um meio não-linear tipo Kerr, com-parando a situação de grande dessintonia átomo-campo com a evolução correspondente obtida de um Hamiltoniano efetivo (aproximação dispersiva). Para isto, obtemos o operador evolução para o sistema átomo-campo, que facilita considerar diferentes situações iniciais para o ' atomo e o campo. Iniciamos nossa análise calculando os colapsos e revivals da inversão atômica, em conexão com a evolução da pureza do campo (dada pela entropia de von Neumann), que representa uma medida do emaranhamento átomo-campo. Em seguida calculamos os valores esperados de grandezas relativas ao operador energia (número de fótons) e os valores esperados de grandezas relativas à fase do campo, segundo o formalismo de Pegg-Barnett. Finalmente, como uma extensão natural de nosso trabalho, consideramos a evolução da função-Q, função de Wigner e fidelidade, o que nos proporcionou uma melhor compreensão do estado do campo da cavidade / Abstract:In this work, we present a theoretical study of the radiation and matter interaction. We investi-gate the dynamics of the Jaynes- Cummings model with a nonlinear Kerr-like medium, comparing the situation at large atom-field detuning with the corresponding evolution arising from an effec-tive Hamiltonian (dispersive approximation). For this, we obtain the evolution operator for the atom-field system, which makes easy to consider different initial situations for the atom and field. We start our analysis by calculating the collapses and revivals of the atomic inversion, in connec-tion to the evolution of the field purity (given by the von Neumann entropy), which represents a measure of the atom-field entanglement. Afterwards, we calculate the expectation values of quan-tities relatives to the energy operator (photon number) and the expectation values relatives to the phase field, according to the Pegg-Barnett formalism. Finally, as a natural extension of our work, we consider the evolution of the Q-function, Wignerfunction and fidelity, which provided us a better understanding of the cavity field state / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:07:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_PauloSilva_M.pdf: 2434588 bytes, checksum: d385f55b65d683a4c9d2644625e43e54 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: No presente trabalho estudamos, como uma extensão de um sistema de poucos níveis, um sistema que consiste de um átomo de três níveis na configuração D interagindo com dois modos do campo de radiação. Supomos que o nível 2 esteja bem fora da ressonância e que será eliminado adiabaticamente, de modo que ele possa agir apenas como um estado virtual nas transições entre os níveis 1 e 3. Este é conhecido como modelo Raman acoplado. Derivamos o Hamiltoniano do sistema Raman acoplado através de uma transformação unitária. Investigamos a influência dos "Stark-shifts" e de um meio tipo Kerr na evolução dos subsistemas por meio da inversão atômica, do parâmetro Q de Mandel e da pureza dos subsistemas. Em particular investigamos a competição entre os efeitos dos "Stark-shifts" e do meio Kerr, buscando sob quais condições o átomo apresentaria evolução periódica, o que implica no desemaranhamento entre os estados atômico e dos campos / Abstract: In the present work we study, as an extension of few-level systems, a system which consists of a three-level atom in the D configuration interacting with two modes of the radiation field. The level 2 is assumed to be far off resonance and will be adiabatically removed so that it participates as a virtual state in the transitions between levels 1 and 3. This is the Raman-coupled model. We derive a Raman coupled Hamiltonian by a unitary transformation. We investigate the in uences of the "Stark-shifts" and the Kerr-like medium in the sub-systems by means of the atomic inversion, Mandel¿s Q parameter and the purity of the sub-systems. We investigate the competition between the effects of the "Stark-shifts" and the Kerr-like medium, looking for the conditions leading to atomic periodic evolution, which is related to the disentanglement between the atom and the fields / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Antonio Vidiella-Barranco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_AlvaroFernandez_D.pdf: 1463180 bytes, checksum: e7afc315eaab1eeb818ae16a2027e1de (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A construção de estados puros do campo eletromagnético é importante não só para o estudo dos fundamentos da mecânica quântica, como a questão do estado gato de Schrõdinger, mas também possui um grande potencial de aplicação, como por exemplo, na computação quântica, na criptografia quântica e nas medidas de alta precisão. Nesta tese, apresentamos três propostas onde o ponto central é o estudo da transferência progressiva de coerência dos átomos para o campo eletromagnético, visando gerar um estado com um alto grau de purificação a partir de um estado de mistura estatística. Para isso utilizamos o micromaser com a interação átomo-campo dado pelo modelo Jaynes-Cummings de dois fótons. No primeiro trabalho consideramos os átomos inicialmente preparados em uma superposição coerente de dois estados (condição necessária para a transferência de coerência átomo-campo) e o campo na cavidade preparado em um estado mistura do. Primeiramente determinamos o melhor tempo de interação de cada átomo para que o estado do campo apresentasse o maior grau de purificação possível. Fixamos esse tempo para todos os átomos e determinamos o grau de pureza do estado final do campo, após N -átomos terem passado pela cavidade. Em nosso segundo trabalho acrescentamos à cavidade um meio não-Iinear tipo Kerr. Utilizando o mesmo procedimento do primeiro caso, obtivemos um menor tempo de interação átomo-campo e um grau de purificação maior para o estado do campo gerado na cavidade, em relação ao primeiro trabalho. Por último, acrescentamos um campo clássico externo interagindo com o átomo dentro da cavidade sem o meio Kerr. Novamente, com o mesmo procedimento dos trabalhos anteriores, verificamos que esse campo, além de influenciar na transferência de coerência átomo-campo, torna desnecessária a preparação dos átomos em uma superposição coerente de dois estados. Visando a caracterização do estado do campo final gerado, foram calculadas a função de coerência de segunda ordem e a quasiprobabilidade conhecida como a função de Husimi (ou função Q) / Abstract: The construction of pure states of the electromagnetic field is important not only for the study of the foundations of the quantum mechanics, such as the question of the Schrõdinger cat states, but also for its potential applications, for example, in quantum computation, quantum criptography and in higher precision measurements. In this thesis, we present three proposals where the central point is the study of the progressive transfer of coherence of atoms to the electromagnetic field, aiming the generation of a state with a higher degree of purity from a mixed state. For this we use the micromaser with the atom-field interaction given by the two-photon Jaynes-Cummings model. In our first work we initially consider atoms prepared in a coherent superposition of two states (necessary condition for the atom-field transfer of coherence) and the field in the cavity prepared in a mixed state. We determine the best interaction time for each atom so that the state of the field presents the highest possible degree of purification. We fix that time for all atoms and determine the degree of purity of the final state of the field, after N -atoms have crossed the cavity. In our second work we add to the cavity a nonlinear Kerr-like medium. Using the same procedure as in the first case, we obtain smaller atom-field interaction times as well as a higher degree of purification for the state of the field generated in the cavity, compared to the first work. Finally, we add an external classical field interacting with the atom inside the cavity without the Kerr medium. Again, with the same procedure of the previous works, we verify that the external field, besides influencing in the atom-field transfer of coherence turns unnecessary the preparation of atoms in a coherent superposition of two states. In order to characterize the state of the generated ( final) field, we have calculated the second order correlation function as well as the quasiprobàbility known as the Husimi function (or Q function) / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

A mistura de quatro ondas (4WM) é um processo não linear que permite a amplificação paramétrica de campos óticos. A partir de um campo de bombeio, podemos amplificar um campo de prova e gerar um campo conjugado neste processo com um elevado ganho. Recentemente, vários experimentos de 4WM foram realizados em células de rubídio revelando compressão de ruído e emaranhamento da luz [1, 2, 3], levando a aplicações interessantes na área de informação quântica. Estudamos a mistura de quatro ondas numa célula de vapor de rubídio dentro de uma cavidade ótica, servindo como um oscilador paramétrico ótico (OPO). Resolvemos o modelo de campo médio e estudamos as flutuações quânticas dos campos na operação acima do limiar de oscilação para os casos de ressonância dupla (prova e conjugado) e tripla. Mostramos o emaranhamento de três campos (bombeio, prova e conjugado), além de compressão de ruído para o campo de bombeio e para os campos convertidos. Nosso modelo permite estudar o caso de uma cavidade aberta, explorando a região próxima ao limiar, diferente da situação experimental observada para sistemas com não-linearidades (2), que geralmente possuem ganhos baixos e necessitam de cavidades fechadas. Palavras chave: ótica quântica, mistura de quatro ondas, Oscilador paramétrico ótico, emaranhamento. [1] Squeezed light and entangled images from four-wave-mixing in hot rubidium vapor, vol. 7092, 2008. [2] R. C. Pooser, A. M. Marino, V. Boyer, K. M. Jones, and P. D. Lett, Low-noise amplifi- cation of a continuous-variable quantum state, Phys. Rev. Lett., vol. 103, p. 010501, Jun 2009. [3] V. Boyer, A. M. Marino, R. C. Pooser, and P. D. Lett, Entangled images from four-wave mixing, Science, vol. 321, no. 5888, pp. 544547, 2008. / The four waves (4WM) is a non-linear process that allows a parametric amplification of optical fields. From a pump field, we can amplify a test field and generate a conjugate field in this process with a high gain. Recently, several experiments of 4WM were carried out on rubidium cells revealing noise squeezing and entanglement [1, 2, 3], leading to some interesting aplications in the area of quantum information. We Studied the four wave mix in a rubidium vapor cell inside an optical cavity, serving as an optical parametric oscillator (OPO). We solved the mean field model and studied the quantum fluctuations of the fields in the operation above the oscillation threshold for the cases of double resonance (pump and conjugate) and triple (pump, probe and conjugate). We show the entanglement of three fields (pump, probe and conjugate), as well as squeezing for the pump field and the converted fields. The model allows to study the case of an open cavity, exploring the region around the threshold, different from the experimental situation observed for non-linear systems (2), which in general producess low gains and needs closed cavities. Key words: quantum optics, four wave mixing, optical parametric oscilator, entanglement. [1] Squeezed light and entangled images from four-wave-mixing in hot rubidium vapor, vol. 7092, 2008. [2] R. C. Pooser, A. M. Marino, V. Boyer, K. M. Jones, and P. D. Lett, Low-noise amplifi- cation of a continuous-variable quantum state, Phys. Rev. Lett., vol. 103, p. 010501, Jun 2009. [3] V. Boyer, A. M. Marino, R. C. Pooser, and P. D. Lett, Entangled images from four-wave mixing, Science, vol. 321, no. 5888, pp. 544547, 2008.

Mistura de quatro ondas não degenerada em fibras ópticas na configuração de cavidade foi inicialmente proposto como forma de geração de estados comprimidos da luz. Neste trabalho desenvolvemos um tratamento pura- mente quântico da análise da interação não linear entre a luz e a matéria. Com a equação de Fokker-Planck na representação de Wigner obtemos di- retamente das equações o limiar de oscilação dos feixes gêmeos e o efeito de biestabilidade. Das equações de dinâmica linearizadas para as flutuações de quadraturas confirmamos a geração de estados comprimidos provenientes do processo de 4WM, tanto abaixo quanto acima do limiar de oscilação. Não é possível iniciar a geração dos feixes gêmeos sem antes alcançar o limiar de oscilação do espalhamento Brillouin estimulado. Portanto, técnicas para aumentar este limiar devem ser empregadas em qualquer medida de ruído ao nível de shot-noise com geração de campos. Nós também testamos as limitações técnicas intrínsecas do laser de diodo, como o ruído de amplitude e fase, assim como sua estabilidade em um experimento interferômetrico. Abaixo do limiar, a cavidade atua no sentido de reduzir o ruído de fase do laser em um intervalo de frequência que vai de 10MHz a 80MHz. / Nondegenarate four-wave mixing in an optical-fiber cavity geometry, was initially proposed as a mean to generate squeezed states of light. We developed in this work a purely quantum analyzis of the nonlinear interaction between light and medium. With Fokker-Planck equation in the Wigner representation, we obtained directly from the equations, the twin beams oscillation threshold and bistability. From the linearized dynamic equations for the quadratures fluctuations, we confirmed the generation of squeezed states proceeding from 4WM process, not only below but above the threshold oscillation. It is not possible to initiate the twin beams generation without first reaching the stimulated Brillouin scattering threshold. Therefore, techniques to increase this threshold, must be used for any noise measure to the shot-noise level with fields generation. We also have tested the technical limitations of laser diode, as amplitude and phase noise, as well as the stability in an interferometric experiment. Below threshold, the cavity acts in the sense of reducing the intrinsic laser phase noise in a frequency range that goes from 10MHz to 80MHz.