Construímos uma armadilha magneto-ótica (MOT) para átomos de rubídio visando o seu aprisionamento em um potencial periódico formado por feixes de luz (rede ótica) e a realização de experimentos em física atômica, com possíveis aplicações no campo da informação quântica. A necessidade de uma MOT vem dos problemas que o movimento térmico dos átomos impõem à realização de medidas precisas. Neste arranjo, combina-se a pressão de radiação de feixes laser com o efeito do campo magnético para resfriar e aprisionar átomos neutros. Durante a execução deste projeto, construímos os lasers e o sistema eletrônico de controle de frequência, intensidade e temperatura; montamos o sistema de bombeamento de vácuo e a câmara de vácuo onde é feito o aprisionamento; fizemos os arranjos para caracterizar a MOT, usando programas de computador para capturar e analisar as medidas. Caracterizamos a nuvem de átomos frios obtida, estimamos o número de átomos aprisionados, o tempo de carregamento e a temperatura da nuvem. / We built a magneto-optical trap (MOT) for rubidium as a first step for the trapping of a cloud of cold atoms in a periodic potential formed by light beams. This system will be used for experiments in atom physics, with possible applications in quantum information. A MOT is necessary to avoid the problems imposed by the thermal agitation of the atoms to the measurement of their properties. In this configuration, we combine the radiative pressure of laser beam with the effect of a magnetic field to cool and trap neutral atoms. During the execution of this project, we built the lasers and the electronic system for their control of frequency, intensity and temperature. We also built the system for vacuum pumping and the vacuum chamber for the trapping, as well as the setup for the MOT characterization, with computer programs for capture and analyze the measurements. We characterize the cold atoms cloud, measuring the number of trapped atoms, their loading time in the MOT and their temperature.

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.

Orientador: Jose Antonio Roversi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T22:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meneguele_HugoLeonardodeOliveira_M.pdf: 4373941 bytes, checksum: 4efca6ce7c6517706ffe61c248036b0c (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho, estudamos o emaranhamento quântico entre dois átomos, que surge quando ambos interagem com o mesmo campo em uma cavidade. A interação é descrita pelo Modelo de Jaynes-Cummings para processos de 1 e 2 f ótons, sendo analisadas as diferenças na dinâmica de emaran-hamento devidas aos processos distintos. A cavidade é preparada em estados comprimidos de 1 e 2 modos, sendo analisada a influência da compressão inicial no emaranhamento atômico obtido, em termos do máximo emaranhamento possível para cada situação, bem como a robustez e persistência do emaranhamento gerado em relação à compressão. Encontramos que a compressão de um modo é, de modo geral, danosa ao emaranhamento, embora também provoque um efeito de deslocamento nos instantes de interção que gera ganhos para instantes de baixo emaranhamento. Processos de 2 f ótons em campos comprimidos de 1 modo fazem com que o emaranhamento se torne mais robusto, sendo mais persistente contra os efeitos redutores da compressão. Para campos comprimidos de 2 modos, a compressão aumenta o emaranhamento entre os modos da cavidade e reduz entre os átomos; estes dois efeitos concorrentes podem ser combinados de forma a gerarem um ganho de emaranhamento atômico para tempos de interação específicos / Abstract: In this work, we studied the quantum entanglement between two atoms, arising from their interactions with the same cavity field. This interaction follows the Jaynes-Cummings Model for 1 and 2 photons processes, being analized the differences in entanglement dynamics due to distinct processes. The cavity is prepared in 1-and 2-modes squeezed states, being analized the initial squeezing¿s influence in the obtained atomic entanglement, in terms of the highest possible entanglement for each situation, as well as the robustness and persistence of the generated entanglement in relation to squeezing. We found that 1 mode squeezing is, generally speaking, harmful to entanglement, although it also causes a displacement effect in the interaction times, which in turn generates gain for low-entanglement moments. 2-photons processes in 1- mode squeezed fields makes more robust entanglement, which is more persistent against reductive effects by squeezing. For 2- modes squeezed fields, squeezing enhances entanglement between the cavity modes and reduces entanglement between atoms; these two competing effects can be combined as to generate a gain in atomic entanglement for specific interaction times / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Marcos Cesar de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T23:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_BrunoRequiaoda_M.pdf: 982455 bytes, checksum: 6b90a96795f82ed70b0616d6c5af1800 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Óptica atômica e em particular a física de ondas de matéria ultrafrias tiveram um grande desenvolvimento teórico e experimental em muito devido à realização experimental da condensação de Bose-Einstein em vapores atômicos. A gama de interesse nesses sistemas é muito ampla já que eles proporcionam reais aplicações práticas de assuntos inovadores em física fundamental de sistemas de muitos corpos com parâmetros altamente controláveis e até mesmo na implementação de computação quântica, teleporte e lasers atômicos. Com efeito, demonstramos numa formulação completamente quântica que a colisão cruzada entre átomos aprisionados num potencial de poço duplo pode aumentar significativamente a taxa de tunelamento atômico em configurações específicas da armadilha, levando a um regime de oscilação Rabi da população dos poços do potencial. Ainda, mostramos que os fenômenos de colapso e ressurgimento do condensado são suprimidos devido à competição entre autocolisão e colisão cruzada intermediada pelo tunelamento. Um aspecto da condensação de Bose-Einstein que tem atraído muita discussão teórica é a idéia de fase. Nesse sentido, o modelo de poço duplo aqui discutido pode resultar em condições ideais para esquemas de detecção homódina atômica de fase. Propomos uma técnica de medição não destrutiva para monitorar oscilações do tipo Josephson entre dois condensados de Bose-Einstein de átomos neutros espacialmente separados. Um condensado é disposto em uma cavidade óptica, fortemente dirigida por um campo coerente. O sinal de saída é monitorado lançando-se mão de um esquema de detecção homódina balanceada. O campo da cavidade é escolhido de forma que esteja muito fora de sintonia com quaisquer transições atômicas. Assim, esse campo ganha uma fase proporcional ao número de átomos na cavidade devido à interação dispersiva entre os campos atômico e fotônico. A corrente detectada é então modulada pela corrente de oscilação devida ao tunelamento dos modos condensados. De fato, mesmo quando ambos os poços estão igualmente populados, uma fase é estabelecida pelo processo de medição e oscilações do tipo Josephson acabam ocorrendo. Nesse contexto, mostramos que a presença de colisão cruzada aprimora as condições necessárias para se adquirir informações sobre a fase quântica relativa de um condensado de Bose-Einstein num potencial de poço duplo / Abstract: Recently, atom optics and the physics of ultracold matter waves have witnessed rapid theoretical and experimental progress due to the achievement of atomic vapor Bose-Einstein condensation (BEC). The interest in such systems is quite wide ranged since it opens new applicative frontiers such as investigations on fundamental many-body physics in model systems with highly controllable parameters and even quantum computation, teleportation and atom-lasers besides several other ground breaking subjects. Henceforth, we demonstrate in an exact quantum formulation that cross-collisions between atoms trapped in a double well can significantly increase the atom tunnelling rate for special trap configurations leading to an effective linear Rabi regime of population oscillation between the trap wells. Typical collapse and revival of the condensate are suppressed as well as due to cross- and self-collision competition intermediated by tunnelling. One aspect of BECs that has attracted much theoretical work is the idea of phase. In this sense if we face this double-well BEC model as a temporal atomic beam splitter it may result in optimal conditions for homodyne atomic detection schemes. A nondestructive measurement technique to monitor Josephson-like oscillations between two spatially separated neutral atom Bose-Einstein condensates is investigated. One condensate is placed in an optical cavity, which is strongly driven by a coherent optical field. The cavity output field is monitored using a homodyne detection scheme. The cavity field is well detuned from any atomic resonance and experiences a dispersive phase shift proportional to the number of atoms in the cavity. The detected current is modulated by the coherent tunnelling oscillations of the condensate. Even when there is an equal number of atoms in each well initially, a phase is established by the measurement process and Josephson-like oscillations develop. Hence we show that the presence of cross-collisions enhances the possibility of acquiring information about the relative quantum phase of a double-well Bose-Einstein condensate / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Jose Antonio Roversi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T01:48:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yabu-uti_BrunoFerreiradeCamargo_M.pdf: 1406553 bytes, checksum: 938ab0006a4b98ac2e95d69ce2f1f39f (MD5) Previous issue date: 2007 / 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 (g1= g2). A interação àtomo-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 ótica). Para escolhas adequadas dos parâmetros relevantes em cada caso, a dinâmica dos dois sistemas é equivalente a interação dos áomos 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 / Abstract: In this work, we study the dynamics of the entanglement between two remote atoms in distinct cavities. The main focus is the production of maximal entangled states between identical atoms of two levels in distinct cavities and, in particular, coupled cavities. Initially we present the main concepts of the Theory of Quantum Information, qualitative and quantitative aspects of the quantum entanglement, after that we consider the physical system: atoms in cavities. We present the Jaynes-Cummings model (JCM) and make one brief analysis of the entan-glement that appears due to such atom-field interaction. In the system of two uncoupled cavities we present how to generate entanglement between remote atoms in conditional form. We introduce the system formed by two coupled cavities interacting with identical atoms, fact that corresponds to identical coupling constant (g1= g2). The atom-field interaction is still described by the JCM and the system of coupled cavities can be modeled by the Zoubi et. al.¿s proposal [1] (for separate cavities for an environment for a short distance) or for the Pellizzari¿s proposal [2] (for cavities connected by a optical fiber). For appropriate choices of parameters in each case, the dynamics of the two systems is equivalent to the interaction of atoms with a mono-mode field. Due to the apparent simplicity, we investigate the dynamics of the entanglement between distant atoms, including the generation of maximal entangled states (essential for the processing of quantum information, quantum communication [3] and distributed quantum computation [4,5] ) in determinist form and without necessity of an indirect interaction between the modes of the cavities to generate a shared entangled initial state / Mestrado / Física / Mestre em Física

Investigamos o emaranhamento gerado pelo oscilador paramétrico ´otico (OPO) operando acima do limiar. Mostramos que o sistema tripartite, preparado diretamente usando o OPO e formado pelos feixes gêmeos e pelo campo de bombeio refletido, ´e inseparável. Esta foi a primeira observação de emaranhamento entre três frequências distintas de luz. Também investigamos a dinâmica deste emaranhamento sob a ac¸ ao de perdas por transmissão. Dependendo da região de potência do campo de bombeio, pudemos preparar estados tripartites cujo emaranhamento inicial entre bombeio e feixes gêmeos se mantém ou ´e perdido após a atenuação dos mesmos. Estendemos o estudo para o sistema bipartite formado pelos feixes gêmeos. Neste sistema mais simples, pudemos investigar em detalhes a robustez do emaranhamento e as condições nas quais o emaranhamento se torna frágil. Também conduzimos um estudo teórico e derivamos uma condição suficiente para que um estado emaranhado formado por dois modos seja robusto frente a perdas. Esta condição se torna necessária para estados gaussianos e nos permite traçar uma fronteira no espaço de estados emaranhados que separa os estados robustos dos frágeis. Estudamos em mais detalhes o processo de medição de flutuações de intensidades no domínio da frequência. As flutuações na intensidade são convertidas para frequências de rádio, com banda limitada pela detecção. Isto se reflete no fato de que cada componente de frequência da fotocorrente contém a informação referente a dois modos do campo eletromagnético, as chamadas bandas laterais. Isto faz com que cada campo de luz que descrevemos seja de fato formado por dois modos, fazendo o nosso sistema mais rico. Demonstramos que o sistema hexapartite gerado pelo OPO, e formado pelas duas bandas laterais de cada um dos campos, é inseparável. Também descrevemos as condições dentro das quais a aproximação de um modo por campo, utilizada nos nossos outros trabalhos e por quase toda a comunidade, ´e válida. Mostramos também que a detecção com cavidades ´e capaz de caracterizar completamente o sistema gaussiano formado pelas duas bandas laterais de cada campo e que a detecção homodina, o método mais usado para caracterizar o estado quântico em variáveis contínuas, falha em medir todas as correlações presentes no sistema bimodal. / We investigate the entanglement generated by an optical parametric oscillator (OPO) operating above threshold. We showed that the tripartite system, prepared directly from the OPO and composed by the twin beams and the reflected pump field, is completely inseparable. This was the first observation of entanglement between three di_erent frequencies of light. We also investigated the dynamics of entanglement under transmission losses. Depending on the injected pump power, we were able to prepare states with tripartite entanglement between the initial pump and twin beams that was maintained or lost after transmission losses. We extended the study to the bipartite system formed by the twin beams. In this simpler system, we investigated in more detail the robustness of entanglement and the conditions under which the entanglement becomes fragile. We also conducted a heoretical study and derived a suficient condition for the entangled state formed by two modes to be robust against losses. This condition also become necessary for Gaussian states. We also studied the measurement process of intensity fluctuations in the frequency domain. The fluctuations are converted to the radiofrequency range, with bandwidth limited by the detector. This is also reflected in the fact that each frequency component, , of the photocurrent contains the information relative to the two modes of the electromagnetic field equally spaced from its center frequency, the sidebands. Therefore each light beam we describe is actually composed by two modes, making our system more rich. We were able to demonstrate that this hexapartite system generated by our OPO, and composed by the two sidebands of each field, is completely inseparable. We also described under which conditions the approximation of one mode per field, used in our prior work and for almost the entire community, is valid. We also showed that resonator detection is able to completely characterize the system composed by the two sidebands of each field if the state is Gaussian and that homodyne detection, the method used to characterize the quantum state for continuous variables, fails to measure all correlations present in this bimodal system.

The Optical Parametric Oscillator (OPO) has been one of the most versatile source of non-classical states of light. Usual configurations of such devices are a macroscopic second order nonlinear crystals inside an optical cavity. Recently the use of silicon photonics techniques allowed the implementation of high quality factor microcavities and OPOs which include several technological advantages over usual configuration as a small size, bigger bandwidth, CMOS compatibility, facility to engineer the dispersion properties and compatibility with commercial optical fiber communications. Nevertheless the nonlinearity present within these systems is a third order nonlinearity for which theoretical calculations lack in the literature. Here we describe theoretically the quantum properties of the light generated in an OPO with a third order nonlinearity. We showed that the effects of phase modulation (which are not present in the second order nonlinearity) and dispersion are determinant in the way that oscillation and entanglement is produced in the system. Despite of these effects, bipartite and tripartite entanglement is predicted with the use of the Schmidt modes formalism. We also describe the system when there are more modes exited within the cavity and a frequency comb is formed. In such a situation, using again the Schmidt modes formalism, multipartite entanglement was predicted as well. / O oscilador paramétrico ótico (OPO) tem sido uma fonte muito versátil de estados não clássicos da luz. A configuração usual destes OPOs consiste em um cristal macroscópico com não linearidade de segunda ordem no interior de uma cavidade ótica. Recentemente, devido ao desenvolvimento da fotonica de silício, foi possível a implementação de micro- cavidades óticas e OPOs que possuem varias vantagens sobre OPOs usuais. Não entanto a não linearidade destes sistemas é de terceira ordem. Neste trabalho, descrevemos teoricamente as propriedades quânticas da luz gerada num OPO com não linearidade de terceira ordem. Mostra-se que os efeitos de modulação de fase (não presentes na não linearidade de segunda ordem) e a dispersão são determinantes para a geração e o emaranhamento produzido no sistema. Emaranhamento bi e tri partito foi predito teoricamente usando o formalismo de modos de Schmidt. Também foi feita uma descrição quando mais modos da cavidade são excitados gerando um pente de frequência. Nesta situação. e utilizando novamente o formalismo de modos de Schmidt, foi predito emaranhamento multimodo destes sistemas.

Orientador: Jose Antonio Roversi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:03:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yabu-uti_BrunoFerreiradeCamargo_D.pdf: 3039693 bytes, checksum: f0b083dd372cff54e492778d15824a5b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Na presente tese estudamos o processamento de informação quântica no sistema de átomos e cavidades acopladas. Em particular, a comunicação quântica estabelecida entre átomos remotos e a implementação de portas lógicas no sistema de cavidades acopladas. Iniciamos apresentando o sistema de cavidades acopladas, o Hamiltoniano que governa sua evolução, algumas promissoras implementações experimentais e a transferência de um estado de campo arbitrário de um fóton ao longo da cadeia. Incluindo um sistema massivo, propomos um novo protocolo para uma transferência perfeita, determinística e flexível de estados quânticos entre átomos remotos interagindo sucessivamente com o sistema de cavidades acopladas (atuando como quantum bus). Mesmo levando em conta efeitos dissipativos e erros de procedimento obtivemos uma alta fidelidade máxima de transmissão. Por fim, apresentamos uma proposta alternativa para a implementação de um porta R(rotação)- controlada de dois qubits. A proposta está baseada em operações de um qubit e fase geométrica não-convencional em átomos de três níveis idênticos fortemente bombeados por um campo clássico ressonante em cavidades ópticas distantes conectadas por uma fibra óptica. Nossa proposta resulta em um tempo operacional constante e, com um acoplamento qubit-bus ajustável (atomoressonador), pode-se especificar uma rotação R particular no qubit alvo / Abstract: In this thesis we study the quantum information processing in the system of atom-coupled cavity. In particular, the quantum communication between remote atoms and the implementation of logic gates in the coupled cavities system. We begin by presenting the system of coupled cavities, the Hamiltonian that governs its evolution, some promising experimental implementations and the transfer of an arbitrary one photon field state along the array. Including a massive system, we propose a new protocol for a perfect, deterministic and flexible quantum state transfer between remote atoms interacting successively with the system of coupled cavities (which act as a quantum bus). Even taking into account dissipative effects and error procedure we obtained a maximum high-fidelity transmission. We also present an alternative proposal for the implementation of a controlled-R gate of two qubits. The proposal is based on single qubit operations and unconventional geometric phases on two identical three-level atoms, strongly driven by a resonant classical field, trapped in distant cavities connected by an optical fiber. Our scheme results in a constant gating time and, with an adjustable qubit-bus coupling (atom-resonator), one can specify a particular rotation R on the target qubit / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Antonio Vidiella Barranco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:42:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_MaiconZaniboni_M.pdf: 1258175 bytes, checksum: 2b8416f748d7b0825f2c173a2cf99c66 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste projeto será investigada a influência de ruído no processo de interação da radiação (campo quantizado) com a matéria (sistema mecânico mesoscópico). Consideraremos o modo do campo confinado em uma cavidade de alto fator de qualidade com um espelho fixo e o outro espelho móvel, este tratado como um oscilador mecânico suscetível à pressão de radiação do campo da cavidade. Investigaremos a dinâmica do sistema na situação em que o modo do campo confinado estará submetido a um ruído causando perda de coerência de fase / Abstract: In this project we will investigate the influence of noise in the process of interaction of radiation (quantized field) with the matter (mesoscopic mechanical system). We will consider the mode field confined in a cavity of high quality factor with a fixed mirror and one moving mirror, this treated as a mechanical oscillator susceptible to radiation pressure from cavity field. We will investigate the system dynamics in the situation that the confined mode eld is submitted to noise causing loss of phase coeherence / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Jose Antonio Roversi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-02T11:47:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FernandoLuisSemiaoda_M.pdf: 1039286 bytes, checksum: f529558f05208505c70c865fc0916de7 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Nesta dissertação, são apresentados os principais resultados de nosso estudo sobre a dinâmica e processamento de informação quântica usando um íon aprisionado numa armadilha harmônica interagindo com campos eletromagnéticos clássico (laser) e quântico (cavidade). Propomos um método de geração de estados de Bell envolvendo luz e o estado vibracional do íon através de uma medida condicional de seu estado interno eletrônico. Essa medida é realizada após um tempo de interação apropriado e uma preparação inicial simples. Também propomos um esquema de implementação de portas lógicas nesse sistema. Demonstramos que, pela simples sintonia dos níveis eletrônicos com as frequências dos campos, é possível construir uma porta controlled-NOT tendo os níveis internos do íon, bem como os níveis vibracionais, como qubits. O campo de uma cavidade é usado como qubit auxiliar e permanece basicamente no estado de vácuo, aumentando a robustês de nosso esquema contra efeitos dissipativos na cavidade. Apresentamos também algumas consequências da quantização do campo na dinâmica iônica, em especial, no padrão dos revivals. Efeitos dependentes da intensidade e o aparecimento do fenômeno de super revival apresentam uma forte dependência com a posição do centro da armadilha relativo ao modo da cavidade e com o valor do parâmetro de Lamb-Dicke / Resumo:Nesta dissertação, são apresentados os principais resultados de nosso estudo sobre a dinâmica e processamento de informação quântica usando um íon aprisionado numa armadilha harmônica interagindo com campos eletromagnéticos clássico (laser) e quântico (cavidade). Propomos um método de geração de estados de Bell envolvendo luz e o estado vibracional do íon através de uma medida condicional de seu estado interno eletrônico. Essa medida é realizada após um tempo de interação apropriado e uma preparação inicial simples. Também propomos um esquema de implementação de portas lógicas nesse sistema. Demonstramos que, pela simples sintonia dos níveis eletrônicos com as frequências dos campos, é possível construir uma porta controlled-NOT tendo os níveis internos do íon, bem como os níveis vibracionais, como qubits. O campo de uma cavidade é usado como qubit auxiliar e permanece basicamente no estado de vácuo, aumentando a robustês de nosso esquema contra efeitos dissipativos na cavidade. Apresentamos também algumas consequências da quantização do campo na dinâmica iônica, em especial, no padrão dos revivals. Efeitos dependentes da intensidade e o aparecimento do fenômeno de super revival apresentam uma forte dependência com a posição do centro da armadilha relativo ao modo da cavidade e com o valor do parâmetro de Lamb-Dicke / Abstract: In this thesis we show the main results of our studies in the dynamics and information processing using a trapped ion interacting with classical (laser) and quantum (cavity) elec-tromagnetic fields. We propose a method of generation of Bell states involving light and the ion¿s vibrational state through a conditional measurement of its internal electronic state. This measurement is made after an appropriate interaction time and a suitable initial preparation. We also propose an implementation scheme of quantum gates in such system. We demontrate that simply by tuning the electronic levels with the frequencies of the fields, it is possible to construct a controlled-NOT gate having the ion¿s internal level, as well as the vibrational ones as qubits. A cavity field is used as auxiliar qubit and basically remains in the vacuum state, which increases the robustness of our scheme against dissipation in the cavity. In addition, we show some consequences of the field quantization in the ionic dynamics, especially in the revival patterns. Intensity dependent effects and super revival phenomenon arising are strongly dependent on the position of the trap centre relative to the cavity mode and on the value of the Lamb-Dicke parameter / Abstract: In this thesis we show the main results of our studies in the dynamics and information processing using a trapped ion interacting with classical (laser) and quantum (cavity) elec-tromagnetic fields. We propose a method of generation of Bell states involving light and the ion¿s vibrational state through a conditional measurement of its internal electronic state. This measurement is made after an appropriate interaction time and a suitable initial preparation. We also propose an implementation scheme of quantum gates in such system. We demontrate that simply by tuning the electronic levels with the frequencies of the fields, it is possible to construct a controlled-NOT gate having the ion¿s internal level, as well as the vibrational ones as qubits. A cavity field is used as auxiliar qubit and basically remains in the vacuum state, which increases the robustness of our scheme against dissipation in the cavity. In addition, we show some consequences of the field quantization in the ionic dynamics, especially in the revival patterns. Intensity dependent effects and super revival phenomenon arising are strongly dependent on the position of the trap centre relative to the cavity mode and on the value of the Lamb-Dicke parameter / Mestrado / Física / Mestre em Física