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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Educação Presencial
Chips Fotônicos: Divisores de feixes multiportas com base em guias de onda de nitreto de silício
MARCOS CORDEIRO DA SILVA
DISSERTAÇÃO
22/05/2024

Neste trabalho será apresentado um estudo sobre divisores de feixes multiportas em chips fotônicos à base de nitreto de silício e dióxido de silício, que são compatíveis com a tecnologia CMOS e serão capazes de implementar experimentalmente bases mutualmente não enviesadas (MUBs) usada em muitos protocolos de informação quântica como Tomografia Quântica e Criptografia Quântica. Utilizando a Teoria do Modo Acoplado, encontramos as unitárias que descrevem as amplitudes normalizadas nos divisores de feixes multiportas para três e quatro guias de onda. Implementamos para estes divisores de feixes simulações eletromagnéticas em FDTD usando modos fundamentais na faixa do infravermelho no comprimento de onda de λ = 795nm, que está dentro da faixa de comprimento de onda de nosso laser de titânio safira de nosso laboratório. Comparamos os resultados da simulação com a teoria, obtendo-se boa concordância. Discutiremos como estas unitárias podem ser usadas na construção de interferômetros de Mach-Zehnder com a finalidade de se implementar MUBs baseada em sistemas quânticos de nível d. Este é o primeiro passo no desenvolvimento de um chip fotônico na UFABC para implementação de protocolos de informação quântica em nível d em um único dispositivo.

Chips fotônicos;Guias de onda;Divisores de feixes multiportas;Finitedifference time-domain (FDTD);Interferômetros de Mach-Zehnder
In this work, we present a study on multiport beam splitters in photonic chips based on silicon nitride and silicon dioxide, which are compatible with CMOS technology and capable of experimentally implementing mutually unbiased bases (MUBs). MUBs are widely used in quantum information protocols such as Quantum Tomography and Quantum Cryptography. Using Coupled Mode Theory, we derive the unitary matrices that describe the normalized amplitudes in multiport beam splitters for three and four waveguides. We perform electromagnetic simulations for these beam splitters using FDTD, considering fundamental modes in the infrared range at a wavelength of λ = 795 nm, which falls within the wavelength range of our titanium-sapphire laser in our laboratory. We compare the simulation results with theoretical predictions, obtaining good agreement. Furthermore, we discuss how these unitary matrices can be used to construct Mach-Zehnder interferometers for implementing MUBs based on quantum systems with d-level states. This work represents the first step toward developing a photonic chip at UFABC for the implementation of quantum information protocols in d-level systems within a single device.
Photonic chips;Waveguides;Multiport beam splitters;Finite-difference timedomain (FDTD);Mach-Zehnder interferometers
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
FIS - MARCOS CORDEIRO DA SILVA.pdf

Contexto

FÍSICA
INFORMAÇÃO QUÂNTICA
Chips fotônicos para implementação de protocolos de informação quântica

Banca Examinadora

BRENO MARQUES GONCALVES TEIXEIRA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
BRENO MARQUES GONCALVES TEIXEIRA Docente - PERMANENTE
PIERRE LOUIS DE ASSIS Participante Externo
VALERY SHCHESNOVICH Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 9
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Mestrado no País GM 15

Vínculo

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Sim
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