Momentum de um átomo absorvendo luz em um gás e uso de memória quântica para gerar fótons com modos espaciais controlados
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Recoil momentum of an atom absorbing light and quantum memories used to generate photons with controlled spacial modes
Primeiro orientador
Membros da banca
Leonardo Teixeira Neves
Raphael Campos Drumond
Daniel Felinto Pires Barbosa
Nelson Guilherme Castelli Astrath
Raphael Campos Drumond
Daniel Felinto Pires Barbosa
Nelson Guilherme Castelli Astrath
Resumo
Nessa tese tratamos de dois trabalhos distintos, ambos relacionados a fenômenos de
interação entre luz e átomos. O primeiro trabalho tem como objetivo avaliar a troca de
momentum e energia entre um pulso de onda plana e um átomo imerso em um meio
material através de um modelo microscópico clássico. Comparamos nosso resultado com
as formulações de Abraham e Minkowski para o momentum de uma onda eletromagnética
se propagando em um meio material. A formulação de Abraham prevê que o momentum
da onda deve ser (1/n)E/c, em que E é a sua energia, c a velocidade da luz no vácuo e n
o índice de refração do meio. Já a formulação de Minkowski prevê um momentum igual a
nE/c. Aqui avaliamos o momentum recebido por um átomo por uma onda eletromagnética
em um meio dielétrico linear não-magnético, não-dispersivo e com índice de refração
próximo de 1. Tratamos o átomo classicamente como um oscilador harmônico. Tratamos o
meio microscopicamente como uma coleção de dipolos elétricos que geram uma segunda
onda eletromagnética que se superpõe com a onda incidente. Mostramos que a superposição
dessas ondas transfere para o átomo um momentum proporcional ao índice de refração,
mas menor que o momento de Minkowski. No segundo trabalho exploramos a interação entre luz e átomos frios, e como ela pode
ser usada para armazenar informação quântica e manipular estados quânticos. Estados
quânticos codificados em luz são amplamente utilizados em aplicações de computação e
telecomunicação quântica por sua velocidade rápida de transmissão em meios transparentes,
apresentar pouco ruído e alta coerência. Um grau de liberdade útil para essa tarefa é o
modo espacial. Luz, por outro lado, é difícil de se armazenar por grandes períodos de
tempo, o que levou ao desenvolvimento de protocolos de transferência de informação da luz
para átomos frios para possibilitar o armazenamento. Entre esses protocolos, destacamos
o esquema DLCZ para memórias quânticas. Utilizando os recursos tratados, propomos
um protocolo original que permite criar qudits codificados em modos Hermite-Gaussianos
ou Laguerre-Gaussianos de fótons únicos a partir de feixes clássicos interagindo com
memórias quânticas. Mostramos como a informação clássica codificada em modos espaciais
de um campo eletromagnético clássico pode ser transformada em informação quântica.
Fazemos o tratamento teórico quântico que demonstra quantitativamente a validade do
nosso protocolo. Mostramos as condições necessárias e o regime em que um fóton pode
ser produzido com o mesmo modo espacial de um feixe clássico com certa Ądelidade.
Também propomos uma maneira de simular o emaranhamento produzido pelo decaimento
espontâneo e a emissão e detecção de um fóton por um de dois átomos inicialmente
excitados com esse esquema.
Abstract
Assunto
Óptica quântica, Informação quântica, Eletromagnetismo, Átomos
Palavras-chave
Óptica quântica, Informação quântica, Eletromagnetismo, Átomos