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

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