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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Rayssa Bruzaca de Andrade
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Nussenzveig, Paulo Alberto (Presidente)
Cruz, Luciano Soares da
Khoury, Antonio Zelaquett
Landi, Gabriel Teixeira
Padua, Sebastiao Jose Nascimento de
Título em inglês
An optical parametric oscillator for a light- atomic media interface
Palavras-chave em inglês
Entanglement
Gaussian systems
Optical Parametric Oscillator
Quantum Information
Quantum Optics
Steering.
Teleportation
Resumo em inglês
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.
Título em português
Oscilador Paramétrico Ótico para uma interface átomos-luz.
Palavras-chave em português
Emaranhamento
informação quântica
ótica quântica
sistemas gaussianos
steering
teletransporte
Resumo em português
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.
 
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Data de Publicação
2018-06-18
 
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