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Sistema de Jaynes-Cummings bifotônico como uma fonte de fótons únicos

Processo: 23/09215-1
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de outubro de 2023
Vigência (Término): 30 de setembro de 2024
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Geral
Pesquisador responsável:Daniel Zini Rossatto
Beneficiário:Bruno de Lima Vernes
Instituição Sede: Instituto de Ciência e Engenharia. Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus Experimental de Itapeva. Itapeva , SP, Brasil
Assunto(s):Óptica quântica
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Bloqueio de fótons | Fonte de fóton único | Interação de Jaynes-Cummings de dois fótons | Óptica quântica

Resumo

Os emissores quânticos emitem fótons geralmente um de cada vez, o que é conhecido como antiagrupamento de fótons. Esse fenômeno pode surgir por meio de vários mecanismos e garante que a probabilidade de se obter dois ou mais fótons simultaneamente seja insignificante. A geração de fótons únicos é amplamente utilizada e requisitada em tecnologias quânticas, especialmente em processamento de informação quântica: criptografia, computação e comunicação quântica. As propriedades de uma fonte de fótons únicos são significativamente aprimoradas quando essa fonte é acoplada a um modo de cavidade ressonadora, aumentando a taxa de emissão espontânea do emissor quântico por meio do efeito Purcell, resultando em uma maior taxa de produção de fótons. Além disso, a cavidade canaliza os fótons emitidos em um modo espacial bem definido, o que melhora a eficiência da coleta desses fótons e restringe a faixa espectral da emissão. Neste projeto de pesquisa, investigaremos uma fonte de fótons baseada em um filtro quântico dado por um sistema constituído por um átomo de dois níveis acoplado a um modo de uma cavidade ressonadora através de uma interação de Jaynes-Cummings bifotônica. Esse tipo de interação beneficia o fenômeno de bloqueio de dois fótons pelo sistema, fazendo com que a cavidade absorva e consequentemente emita um fóton de cada vez. Isso ocorre porque a presença do átomo trunca o espaço de Fock acessível ao modo do campo intracavidade (ao incidir um campo coerente sobre a cavidade, o sistema deixará passar somente a componente de um fóton). Para analisar a característica do campo transmitido pela cavidade iremos utilizar a função de correlação de segunda ordem, investigando seu comportamento para diversos regimes de parâmetros envolvendo o acoplamento átomo-campo, a intensidade do campo de bombeio sobre a cavidade, as taxas de dissipação associadas ao sistema e da dessintonia átomo-campo. Para isso empregaremos os formalismos de equação mestra e de input-output, além de programação em linguagem Python, em especial para simulação da dinâmica de sistemas quânticos abertos.

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