Orientador: Kyoko Furuya / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T08:02:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelo_RenatoMoreira_D.pdf: 10419128 bytes, checksum: 7f9191d925a22ab9400598eb0032d306 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho estudamos a dinâmica de emaranhamento em sistema Hamiltonianos bipartites nos contextos clássico e quântico. A pesquisa foi desenvolvida principalmente sobre a análise da entropia linear , considerada uma boa medida de emaranhamento no caso de estados globais puros. Na primeira etapa do trabalho, utilizamos o Modelo Jaynes-Cummings de N átomos (MJC-N) para estudar como a entropia linear, e consequentemente o emaranhamento, depende da condição inicial clássica, apresentando rápida descoerência quando esta condição é instável. Mostramos também que as oscilações na entropia linear podem ser entendida segundo a simetria das trajetórias clássicas correspondentes, o que ocorre segundo o efeito de borda oriundo da finitude do espaço de fase do spin. Discutimos também o limite clássico singular do emaranhamento no MJC-N. Na segunda etapa, trabalhamos com o formalismo estatístico Liouvilliano, dentro do qual definimos uma medida apropriada para o emamnhamento clássico: a entropia linear clássica. Realizamos cálculos analíticos para sistemas integráveis lineares e não-lineares, mostrando as peculiaridades da medida clássica quando comparada à quântica. Particularmente interessante é o caso em que ocorre a auto-interferência, fenômeno sem análogo clássico. Para os sistemas integráveis, foi possível estudar inclusive o caso de estados iniciais não-clássicos, para os quais mostramos ser conveniente definir uma nova medida clássica mais "simétrica" : o grau de emamnhamento. Continuando com as analogias entre a mecânica quântica e a mecânica clássica Liouvilliana, deduzimos por primeiros princípios uma equação mestra clássica para o tratamento de sistemas abertos clássicos. Como aplicação, resolvemos as equações mestras quântica e clássica para o caso de um reservatório de osciladores harmônicos à temperatura nula. Na última etapa do trabalho, definimos um operador Liouvilliano para a quantização simetrizada e ordenada de monômios clássicos. Como consequência, obtivemos fórmulas de ordenamento normal e anti-normal para operadores canonicamente conjugados que comutam com sua relação de comutação. Mostramos então que a quantização das equações de movimento clássicas produz equações de movimento quânticas que se aproximam do resultado exato na escala de tempo de Ehrenfest. Esta análise nos permite calcular analiticamente o tempo de Ehrenfest em sistemas integráveis / Abstract: In this work we studied the entanglement dynamics in bipartite Hamiltonian systems within the quantum and classical frames. This research was developed mainly on the analysis of the linear entropy, which is considered an apropriated entanglement measure concerning to global pure states. In the first stage of the work, we used the Jaynes-Cummings Model with N atoms (JCM-N) to study how the linear entropy, an consequently the entanglement, depends on the choice of the classical initial condition, showing faster decoherence for the unstable ones. We also showed that the linear entropy oscillations can be understood through the analysis of the symmetry of the respective classical trajectories, which is allowed by the border effect arising from the limitation of the spin phase space. We also discussed the singular classical limit of the entanglement in the JCM-N. In the second stage, we worked with the Liouvillian statistical formalism, in which we defined an appropriate measure of the classical entanglement: the classical linear entropy. We realized analytical calculations for linear and non-linear integrable systems, pointing out the peculiarities of the classical measure compared to the quantum one. Particulalrly interesting is the case in which occurs the self-interference, a phenomenon with no classical analogue. For the integrable systems, it was also possible to study the case of non-classical initial states, for the which we defined a new convenient. classical measure: the entanglement degree. Still in the context of the analogies between quantum and Liouvillian classical mechanics, we deduced by first principles a classical master equation for treating classical open system.. As an application, we solve the quantum and classical master equation for the case of a harmonic oscillator reservoir at null temperature. At the last stage of the work, we defined a Liouvillian operator to perform the quantization of a monomial in a symmetrized and ordered form. As a consequence, we obtained normal and anti-normal ordering formulas for canonically conjugated operators whose commutator is a c-number. Thus, we showed that. the quantization of classical equations of motion produces quantum equations of motion that approximate the exact result in the Ehrenfest time scale. This simple analysis allows us to calculate analytically the Ehrenfest time for any integrable system / 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 2018-08-18T11:57:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Decordi_GustavoLazero_M.pdf: 2336423 bytes, checksum: d0ac4b8793e91906cabc7f57fd39f8e7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nesta dissertação estudamos um modelo da interação radiação-matéria, mais conhecido como modelo Raman acoplado, consistindo de um átomo de três níveis na configuração ? (lambda) acoplado a dois modos do campo quantizado em regime de alta dessintonia átomo-campo. De início, apresentamos uma revisão dos assuntos que formam a base para o entendimento do trabalho. A partir daí, deduzimos o Hamiltoniano efetivo do modelo através do método de transformação unitária mantendo os termos de segunda ordem nas constantes de acoplamento e eliminando o nível intermediário. Na sequência, comparamos a dinâmica atômica sob duas preparações distintas: na primeira delas consideramos os dois modos em estados puros (estados coerentes), enquanto que na segunda alteramos a preparação do modo 2, mudando o estado coerente para um estado de máxima entropia (estado térmico). Finalizamos esta tese apresentando um estudo do emaranhamento na partição átomomodo 1 sob in uência do modo 2, considerado um subsistema externo. Adotando a Negatividade como principal medida de emaranhamento átomo-campo, vericamos em que circunstâncias do modelo (tempo, preparações iniciais) temos o máximo emaranhamento. / Abstract: In this work we study a model for the matter-radiation interaction, best known as Raman coupled model, which consists of an atom with three levels in the ? (lambda) conguration, coupled to two modes of the quantized field in a high atom-field detuning regime. At the beginning, we present a review of the subjects that form the background for understanding the work. After that, we deduce the Effective Hamiltonian of the model through the method of unitary transformation, keeping the terms of second order in the coupling constants and eliminating the intermediate level. In the sequence, we compare the atomic dynamics under two distinct preparations: in the first we consider the two modes as pure states (coherent states), while in the second we change the preparation in the mode 2, switching the coherent state to a state of maximum entropy (thermal state). We finish this dissertation presenting a study of the entanglement in the partition atommode 1 under the influence of the mode 2, considered as an external subsystem. Adopting the Negativity as the main measure of the atom-field entanglement, we verify in wich circumstances of the model (time, initial preparations) we achieve the maximum entanglement / Mestrado / Física Atômica e Molecular / Mestre em Física

Orientadores: Kyoko Furuya e Marcos César de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:42:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Missori_RicardoJose_D.pdf: 12608973 bytes, checksum: 25d2abc254d2688f7a4225e0cd2bc6aa (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nesta tese, apresentamos dois resultados para a geração de emaranhamento, ambos envolvendo a interação entre átomos e radiação. Na primeira parte, propomos um esquema para geração de estados emaranhados envolvendo os estados eletrônicos de dois íons separados espacialmente, cada qual aprisionado em uma cavidade. Um átomo propagante, que cruza essas cavidades, é responsável pela geração de estados emaranhados do tipo Bell entre os dois íons. Mostramos que para tempos específicos de interação, a geração dos estados emaranhados é não-probabilística. Propostas de átomo e íons, candidatos a implementação do esquema experimental, também são apresentadas. Já segunda parte deste trabalho, investigamos um modelo para a interação de dois campos quânticos ortogonalmente polarizados com uma nuvem de átomos de quatro níveis do tipo-X. Consideramos, para nosso esquema, situações físicas onde os átomos funcionam efetivamente como sendo de dois níveis. Assim, dentro de uma aproximação linearizada do campo, nosso Hamiltoniano efetivo bilinear, que representa a interação átomos-campo, passa a depender da diferença de população entre os dois níveis do ensemble de átomos. Após uma medida condicionada nos átomos, mostramos que os dois modos do campo ficam em estados emaranhados não-Gaussianos, diferentemente do que foi considerado em alguns trabalhos recentes na literatura que abordamos. Como a compressão abaixo do limite de ruído na polarização linear pode ser usada como indicadora de emaranhamento na polarização circular, nós podemos usar a variância das quadraturas, combinada com o critério de inseparabilidade para variáveis contínuas, para complementar o nosso estudo sobre o esquema experimental. / Abstract: In this thesis, we present two results of entanglement generation, both involving atom-radiation interaction. In the first part, we consider a scheme for generation of entangled states involving electronic states of two distant ions, each one placed in a cavity. A flying atom, that crosses these cavities, is responsible for the generation of entangled states of the Bell-type between the two ions. We show that for specific times of interaction, the entangled states are generated and in a non-probabilistic way. We also present a realistic proposal of candidates for atoms and ions for an experimental implementation of this scheme. In the second part of this work, we investigate a model for the interaction of two orthogonally polarized quantum fields with a cloud of X-like four-level atoms. We consider, in our scheme, a physical situation where the atoms act effectively like two-level atoms. Thus, in a linearized approximation for the field, we derive a bilinear effective Hamiltonian representing the atom-field interaction, which depends on the difference of population between the ensemble of two-level atoms. After a conditional measurement in the atomic system, we show that the two field modes ends up in a non-Gaussian entangled states, differently from what has been considered in some recent works in the literature. Since the squeezing below the noise limit in the linear polarization can be used as an indicator of entanglement in the circular polarization, we can use the variances in the quadratures, combined with the inseparability criterion for continuum variables, to complement our study of the experimental scheme. / 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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2271.pdf: 3231782 bytes, checksum: aa777d28ed50189d9815f239428f38f9 (MD5) Previous issue date: 2009-01-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / The Rabi Hamiltonian describes the interaction between a two-level atom and a single mode of the quantized electromagnetic field. In this work we study numerically and analytically the dynamics of the Rabi hamiltonian subjected to damping and dephasing reservoirs, included via the usual Lindblad superoperators in the master equation. When the system is subjected to the Markovian atomic dephasing reservoir, the anti-rotating term in the Rabi hamiltonian leads to a linear photon generation from the vacuum. In the case where the dissipation effects are present, the asymptotic mean photon number attains a value higher than the thermal photon number, expected in the absence of the anti-rotating term. We reveal the origins of the phenomenon and estimate its importance in realistic situations. Still, we evaluate approximately the photon creation rate in the pure dephasing case and the asymptotic mean photon number and the atomic population inversion in the general case. / O hamiltoniano de Rabi descreve a interação entre um átomo de dois níveis e um único modo de um campo eletromagnético quantizado. Neste trabalho estudamos numericamente e analiticamente a dinâmica do hamiltoniano de Rabi sujeita aos reservatórios de fase e decaimento, introduzidos na equação mestra através dos operadores de Lindblad usuais. Quando o sistema está sujeito a um reservatório de fase atômico markoviano, os termos contra-girantes no hamiltoniano de Rabi induzem uma criação de fótons a partir do vácuo a uma taxa linear. No caso em que há efeitos dissipativos, o número médio de fótons atinge um valor assint´otico maior que o número médio de fótons térmicos, esperado na ausência dos termos contra-girantes. Revelamos a origem do fenômeno e estimamos a sua importância em situações realistas. Ainda, calculamos aproximadamente a taxa de criação de fótons quando há apenas defasagem e os valores estacionários do número médio de fótons e da inversão atômica no caso geral.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Integrating solid-state qubits to photonic circuit can be a revolutionary ingredient for quantum information processing and transportation of information. If on one hand solidstate based qubits are a very promising candidate for the quantum computation unit, photons, on the other hand, are the most reliable and fast way to transport information. Making the junction of this two ingredients is highly desired. In this sense, semiconductor quantum dots (QDs) in photonic crystals (PhC) provide a perfect environment for such an integration, where waveguides can be used to connect qubits and detectors. In this work, the light-matter interaction of a system composed of quantum dots embedded in semiconductors nanocavities is studied in details using density matrix formalism in the Lindblad form. In a first study, the effect of incoherent therms on the splitting of emission spectrum of a single QD inside a PhC is analyzed and we found that the splitting observed in the experiments can not translated very easily by polaritonic splitting. In other words, the observed splitting is not the coherent coupling between exciton and photons. In another work a quantum dot molecule inside a PhC is used and found that depending on the symmetry (symmetric or anti-symmetric) the molecule state, the splitting in the emission spectrum can be decreased (even zero depending on the choices of parameters) or enhanced when compared to that of a single QD. In the last study the emission spectrum of a system composed of an empty cavity coupled to another cavity with a single QD embedded is investigated. Our results demonstrate that the emission spectra of a low quality factor mode of the empty cavity can be used to monitor the quantum dot-cavity subsystem and its interactions. / Integrar bits quânticos(qubits) de estado sólido em circuitos fotônicos pode ser um ingrediente revolucionário para processamento e transporte de informação quântica. Se por um lado qubits baseado s em estado sólido são candidatos muito promissores para serem a unidade básica de computação quântica, por outro, o uso de fótons é a maneira mais confiável e rápida para transportar informações. Fazer a junção destes dois ingredientes é altamente desejado. Neste sentido, pontos quânticos semicondutores (PQs) em cristais fotônicos formam um ambiente ideal para tal realização, onde guias de onda podem ser utilizados para fazer a ligação entre qubits e detectores. Com esta motivação, neste trabalho é estudada em detalhes a interação radiação-matéria de um sistema composto por PQs embutidos em nanocavidades semicondutoras. Em todos os estudos é usado o formalismo da matriz densidade na forma de Lindblad. Em um primeiro estudo, é analisado o efeito de termos incoerentes no splitting do espectro de emissão de um único PQ dentro de uma nanocavidade. Vê-se que splitting observado nos experimentos não se traduz de forma fácil para o splitting polar itônico. Em outras palavras, o splitting observado nos experimentos não é o acoplamento entre o éxciton e os fótons. Em outro estudo utiliza-se uma molécula de PQ dentro de uma nanocavidade. Observa-se que, dependendo da simetria do estado quântico da molécula de PQ(simétrico ou anti-simétrico), o splitting no espectro de emissão pode ser reduzido (chegando até mesmo a zero dependendo dos parâmetros) ou equivalente como splitting de um único PQ. Por fim, investiga-se o espectro de emissão de um sistema composto por uma cavidade vazia acoplada a outra cavidade contendo um único PQ. Os resultados demonstram que o espectro de emissão de um modo de uma cavidade vazia de baixo fator de qualidade pode ser usado para monitorar o subsistema cavidade com um único PQ e suas interações. / Doutor em Física

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: Antonio Vidiella Barranco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-31T02:56:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Decordi_GustavoLazero_D.pdf: 2456755 bytes, checksum: 42a17eacb2e1a86e81888e48272ed08e (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Estudamos nesta tese, sistemas quânticos compostos sob a influência de ambientes externos. Na primeira parte do trabalho, investigamos um sistema de dois qubits interagentes, estando um deles isolado e o outro acoplado a um banho térmico. Analisamos os efeitos da temperatura do banho sobre a dinâmica do sistema de dois qubits. Com essa finalidade, empregamos dois modelos distintos da interação sistema-ambiente: i) um modelo microscópico, no qual a equação mestra é obtida levando-se em conta o acoplamento entre os qubits na dedução do termo dissipativo, ii) um modelo fenomenológico, no qual o termo dissipativo é simplesmente adicionado ao termo unitário da equação de evolução do operador densidade. Obtemos soluções analíticas para os modelos, o que permitiu estudá-los em um intervalo considerável do acoplamento entre os qubits. Dedicamos a segunda parte do trabalho ao estudo de um sistema quântico em particular acoplado a um pequeno ambiente. Neste contexto, resolvemos exatamente o modelo da interação radiação-matéria conhecido como modelo de Tavis-Cummings a dois átomos. De posse das soluções, obtidas em circunstâncias bastante gerais e até então não encontradas na literatura, investigamos os efeitos oriundos da interação de um pequeno ambiente (átomo em estado de mistura estatística) sobre a dinâmica do subsistema composto pelo outro átomo acoplado ao modo do campo eletromagnético. Nós mostramos que propriedades não-clássicas associadas ao sistema principal podem ser significativamente degradadas pela ação do ambiente quando o átomo 2 está acoplado de maneira resonante ao campo. Encontramos que o comportamento não-clássico do sistema pode ser restaurado a medida que dessintonizamos o campo da frequência de transição do átomo 2, o ambiente / Abstract: We study in this thesis composite quantum systems under the influence of external environments. In the first part of this work, we investigate a two qubit interacting system having one of them isolated and the other coupled to a thermal bath. We analyze the effect of the temperature of the bath on the dynamics of the two qubit system. In order to do that, we consider two different models of system-reservoir interaction: i) a "microscopic" model, in which the master equation is derived taking into account the interaction between the two subsystems (qubits), ii) a "phenomenological" approach, in which the master equation consists of a dissipative term added to the unitary evolution term. We show that in the strong coupling regime between the subsystems (qubits), the expected thermal equilibrium steady state for the two-qubit system naturally arises in the framework of the microscopic model, while in the phenomenological approach it is obtained a steady state density operator which is not correct. Furthermore, the differences are even more profound in the weak coupling regime, when the models give rise to opposite behaviors with regard to the linear entropy of qubit 1. At the context of quantum systems coupled to environments with few degrees of freedom, we solve analytically the matter-radiation interaction model known as two atom Tavis-Cummings Model. With the solutions at hand, achieved in general circumstances until the present not found in literature, in which the constituent atoms may be coupled with different strengths to the field and also have different frequency detunings, we study the effects that arise from the interaction of a small environment (atom in a statistical mixture state) with the other atom coupled to an oscillator (cavity mode). We show that nonclassical features associated to the main system may be significantly degraded by the action of the small environment, if atom 2 is resonantly coupled to the field. We also demonstrate that the nonclassical behaviour of the system may be restored if we detune the field from the transition frequency of atom 2, the environment / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 899872/2011 / CAPES

In this work, we discuss a description of quantum properties of light beams produced by an Optical Parametric Oscillator (OPO) above threshold, pumped by a 780 nm Titanium Sapphire laser, resonant with the D2 line of Rb with a noise spectrum of a coherent beam. The twin beams have wavelengths around 1560nm, in the telecommunication band. The states emitted by the OPO under study are approximately Gaussian (1), which allows us to describe them in terms of first and second order moments. As we analyze the noise spectrum of the fluctuations of each beam, the first order moments are null, which allows us to describe the state of the system in terms of a covariance matrix. We present the behavior of the noise spectrum and the correlations between the reflected pump, signal and idler beams. In addition, we applied different entanglement criteria to study the system. We present a prediction of the bipartite entanglement using Duan criterion (2). For tripartite correlations, we use the Furusawa criterion (3). We performed a study of bipartition pump and sum quadrature. As well, we applied the PPT criterion (4) for continuous variables, independently transposing each beam under study. The PPT criterion is necessary and sufficient to demonstrate entanglement between bipartitions for Gaussian states. In order to explore the behavior of the system using the steering criterion in the model developed by Reid (5), we theoretically study the criterion of inference for bipartite quadratures: between the twin beams or between one of the twin beams and the pump beam. In addition, we analyzed the inference between the three modes, through the bipartition pump mode and combination of sum quadrature of the twin beams. We develop a quantum teleportation protocol of a coherent input state, composed by the Titanium Sapphire beam whose Bell measurement is performed using the pump reflected by the OPO as an entangled state for the signal and idler beams as a first possibility to implement the protocol. Furthermore, we propose a protocol in which the signal beam assists in the process of teleportation. Thus, the fidelity of the system increases and exceeds the limit of non-cloning. We will describe the first measurements of correlations between the beams emitted by the OPO for this system. The tripartite entanglement characterization is the first step in the implementation of quantum optical protocols using a source of entangled states that is compatible with both Rubidium atomic systems and the telecommunications region, thus forming a quantum network. / Nesse trabalho apresentamos uma descrição das propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos por um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) acima do limiar, bombeado por um laser de Titânio Safira com comprimento de onda de 780nm, linha D2 do Rb, com espectro de ruído de um feixe coerente. Os feixes gêmeos possuem comprimentos de onda na região de 1560 nm que compreende a janela de transmissão de fibras óticas. Os estados emitidos pelo OPO em estudo são aproximadamente gaussianos (1), o que nos permite descrevê-los em termos de momentos de primeira e segunda ordem. Como analisamos o espectro de ruído das flutuações de cada feixe, os momentos de primeira ordem são nulos, o que nos permite descrever o estado do sistema em termos de uma matriz de covariância. Apresentamos então o comportamento do espectro de ruído e das correlações entre os feixes de bombeio refletido, sinal e complementar. Ademais, aplicamos diferentes critérios de emaranhamento para estudar o sistema. Apresentamos uma previsão do emaranhamento bipartido utilizando o critério de Duan (2). Para as correlações tripartidas, utilizamos o critério de Furusawa (3). Realizamos um estudo da bipartição bombeio e quadratura soma. E, aplicamos o critério PPT para variáveis contínuas (4), transpondo independente cada feixe em estudo. O critério PPT é necessário e suficiente para demonstrar emaranhamento entre bipartições para estados gaussianos. Com o objetivo de explorar qual o comportamento do sistema frente ao critério de \"steering\" no modelo desenvolvido por Reid (5), estudamos teoricamente o critério de inferência para quadraturas bipartidas: entre os feixes gêmeos ou entre um dos feixes gêmeos e o feixe de bombeio. Finalizamos essa análise caracterizando a inferência entre os três modos, através da bipartição modo do bombeio e combinação das quadraturas soma dos feixes gêmeos. Apresentamos a formulação de um protocolo de teletransporte quântico de um estado coerente de entrada formado pelo feixe do Titânio Safira, cuja medida de Bell é realizada utilizando o bombeio refletido pelo OPO como estado emaranhado para os feixes sinal e complementar, como uma primeira possibilidade de implementar o protocolo. Também propomos um protocolo em que o feixe sinal auxilia no processo de teleportação. Dessa forma, a fidelidade do sistema aumenta e supera o limite da não clonagem. Descreveremos as primeiras medidas de correlações entre os feixes emitidos pelo OPO para esse sistema. A caracterização de emaranhamento tripartido nessa nova configuração é o primeiro passo para a implementação de protocolos de ótica quântica utilizando uma fonte de estados emaranhados que é compatível tanto com sistemas atômicos de Rubídio quanto com a região de telecomunicações, formando assim uma rede quântica de transferência e aprisionamento de informação.

In this work, we discuss a description of quantum properties of light beams produced by an Optical Parametric Oscillator (OPO) above threshold, pumped by a 780 nm Titanium Sapphire laser, resonant with the D2 line of Rb with a noise spectrum of a coherent beam. The twin beams have wavelengths around 1560nm, in the telecommunication band. The states emitted by the OPO under study are approximately Gaussian (1), which allows us to describe them in terms of first and second order moments. As we analyze the noise spectrum of the fluctuations of each beam, the first order moments are null, which allows us to describe the state of the system in terms of a covariance matrix. We present the behavior of the noise spectrum and the correlations between the reflected pump, signal and idler beams. In addition, we applied different entanglement criteria to study the system. We present a prediction of the bipartite entanglement using Duan criterion (2). For tripartite correlations, we use the Furusawa criterion (3). We performed a study of bipartition pump and sum quadrature. As well, we applied the PPT criterion (4) for continuous variables, independently transposing each beam under study. The PPT criterion is necessary and sufficient to demonstrate entanglement between bipartitions for Gaussian states. In order to explore the behavior of the system using the steering criterion in the model developed by Reid (5), we theoretically study the criterion of inference for bipartite quadratures: between the twin beams or between one of the twin beams and the pump beam. In addition, we analyzed the inference between the three modes, through the bipartition pump mode and combination of sum quadrature of the twin beams. We develop a quantum teleportation protocol of a coherent input state, composed by the Titanium Sapphire beam whose Bell measurement is performed using the pump reflected by the OPO as an entangled state for the signal and idler beams as a first possibility to implement the protocol. Furthermore, we propose a protocol in which the signal beam assists in the process of teleportation. Thus, the fidelity of the system increases and exceeds the limit of non-cloning. We will describe the first measurements of correlations between the beams emitted by the OPO for this system. The tripartite entanglement characterization is the first step in the implementation of quantum optical protocols using a source of entangled states that is compatible with both Rubidium atomic systems and the telecommunications region, thus forming a quantum network. / Nesse trabalho apresentamos uma descrição das propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos por um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) acima do limiar, bombeado por um laser de Titânio Safira com comprimento de onda de 780nm, linha D2 do Rb, com espectro de ruído de um feixe coerente. Os feixes gêmeos possuem comprimentos de onda na região de 1560 nm que compreende a janela de transmissão de fibras óticas. Os estados emitidos pelo OPO em estudo são aproximadamente gaussianos (1), o que nos permite descrevê-los em termos de momentos de primeira e segunda ordem. Como analisamos o espectro de ruído das flutuações de cada feixe, os momentos de primeira ordem são nulos, o que nos permite descrever o estado do sistema em termos de uma matriz de covariância. Apresentamos então o comportamento do espectro de ruído e das correlações entre os feixes de bombeio refletido, sinal e complementar. Ademais, aplicamos diferentes critérios de emaranhamento para estudar o sistema. Apresentamos uma previsão do emaranhamento bipartido utilizando o critério de Duan (2). Para as correlações tripartidas, utilizamos o critério de Furusawa (3). Realizamos um estudo da bipartição bombeio e quadratura soma. E, aplicamos o critério PPT para variáveis contínuas (4), transpondo independente cada feixe em estudo. O critério PPT é necessário e suficiente para demonstrar emaranhamento entre bipartições para estados gaussianos. Com o objetivo de explorar qual o comportamento do sistema frente ao critério de \"steering\" no modelo desenvolvido por Reid (5), estudamos teoricamente o critério de inferência para quadraturas bipartidas: entre os feixes gêmeos ou entre um dos feixes gêmeos e o feixe de bombeio. Finalizamos essa análise caracterizando a inferência entre os três modos, através da bipartição modo do bombeio e combinação das quadraturas soma dos feixes gêmeos. Apresentamos a formulação de um protocolo de teletransporte quântico de um estado coerente de entrada formado pelo feixe do Titânio Safira, cuja medida de Bell é realizada utilizando o bombeio refletido pelo OPO como estado emaranhado para os feixes sinal e complementar, como uma primeira possibilidade de implementar o protocolo. Também propomos um protocolo em que o feixe sinal auxilia no processo de teleportação. Dessa forma, a fidelidade do sistema aumenta e supera o limite da não clonagem. Descreveremos as primeiras medidas de correlações entre os feixes emitidos pelo OPO para esse sistema. A caracterização de emaranhamento tripartido nessa nova configuração é o primeiro passo para a implementação de protocolos de ótica quântica utilizando uma fonte de estados emaranhados que é compatível tanto com sistemas atômicos de Rubídio quanto com a região de telecomunicações, formando assim uma rede quântica de transferência e aprisionamento de informação.