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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Recursos quânticos em novos regimes com íons aprisionados e cavidades
CESAR AUGUSTO DO AMARAL
DISSERTAÇÃO
20/02/2024

Nesta dissertação, apresentamos os principais resultados de nossas pesquisas sobre recursos quânticos em novos regimes de acoplamento íon-cavidade. Para isso, analisamos um sistema composto por um íon (níveis internos de energia e vibração) interagindo com um campo quantizado dentro de uma cavidade. Inicialmente, observamos que um aumento de uma ordem de grandeza no acoplamento é suficiente para tornar inválida a aproximação de onda girante. No que diz respeito à não-classicalidade, investigamos três recursos quânticos: a estatística sub-Poissoniana do campo, avaliada por um quantificador operacional; a negatividade da função de Wigner para a vibração, medida pelo volume negativo dessa função; e a coerência do qubit, medida pela coerência relativa da entropia. Os resultados revelam que o acoplamento forte favorece a geração mais rápida das não-classicalidades e correlações. Além disso, em certos cenários, somente o regime de acoplamento forte é capaz de produzir a negatividade na função de Wigner e a estatística sub-Poissoniana, também podendo realizar uma melhor manutenção dessa última. Para a coerência do qubit, constatamos que, embora o acoplamento fraco seja mais eficiente em sua manutenção, o acoplamento forte pode gerar coerência mais rapidamente. A análise da distância de traço também revelou aspectos não Markovianos para o qubit neste contexto. Além disso, investigamos o impacto da detecção de um fóton nas correlações quânticas e nos outros recursos, revelando como, devido às correlações, a detecção afeta instantaneamente os outros recursos, cujos impactos não são triviais. Por fim, ao conectar o sistema a uma segunda cavidade sem íon, estudamos como o aumento do acoplamento afeta tanto a geração quanto a manutenção da estatística sub-Poissoniana na segunda cavidade. Observamos que, embora o acoplamento forte seja vantajoso em um cenário ideal, essa vantagem se perde quando a segunda cavidade não é ideal.

Íons aprisionados;Sistemas Quânticos Abertos;Cavidades;Não-Classicalidade
In this dissertation, we present the main results of our research on quantum resources in new ion-cavity coupling regimes. To this end, we analyze a system composed of an ion (internal energy levels and vibration) interacting with a quantized field inside a cavity. Initially, we observe that an increase of an order of magnitude in the coupling is enough to invalidate the rotating wave approximation. Regarding non-classicality, we investigate three quantum resources: the sub-Poissonian statistics of the field, assessed by an operational quantifier; the negativity of the Wigner function for the vibration, measured by the negative volume of this function; and the coherence of the qubit, measured by the relative entropy coherence. The results reveal that strong coupling favors the faster generation of non-classicalities and correlations. Moreover, in certain scenarios, only the strong coupling regime is capable of producing negativity in the Wigner function and sub-Poissonian statistics, and can also better maintain the latter. For the coherence of the qubit, we find that although weak coupling is more efficient in its maintenance, strong coupling can generate coherence more quickly. The analysis of the trace distance also revealed non-Markovian aspects for the qubit in this context. Furthermore, we investigate the impact of photon detection on quantum correlations and other resources, revealing how, due to the correlations, detection instantaneously affects the other resources, whose impacts are not trivial. Finally, by connecting the system to a second cavity without an ion, we study how increasing the coupling affects both the generation and maintenance of sub-Poissonian statistics in the second cavity. We observe that although strong coupling is advantageous in an ideal scenario, this advantage is lost when the second cavity is not ideal.
Trapped ions;Open Quantum Systems;Cavities;Non-Classicality.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
FIS - CESAR AUGUSTO DO AMARAL.pdf

Contexto

FÍSICA
INFORMAÇÃO QUÂNTICA
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Banca Examinadora

FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
LUCIANO SOARES DA CRUZ Participante Externo
ANA CRISTINA SPROTTE COSTA Participante Externo
FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 9
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 42

Vínculo

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Sim
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