Συντάχθηκε 05-07-2012 13:05
από Antonia Sgouromalli
Email συντάκτη: asgouromalli<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
05-07-2012 13:26
Ιδιότητα: σύνταξη/αποχώρηση ΕΤΕΠ ΜΠΔ.
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ
ΤΟΥ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΦΟΙΤΗΤΗ
ΣΧΕΤΑΚΗ ΝΙΚΟΛΑΟΥ
ΤΙΤΛΟΣ: «Atom-photon interactions in coupled optical micro-cavity arrays: A study of populations and entanglement dynamics of the two cavity case»
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΛΕΚΤΟΡΑΣ
ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΑΓΓΕΛΑΚΗΣ
ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ : Πέμπτη 12/7/2012
ΩΡΑ : 09:30
ΑΙΘΟΥΣΑ : 137Π39 ισόγειο κτιρίου επιστημών
Abstract
The study of light-matter interactions in the regime where the quantum nature of light is important, is also known as Cavity Quantum Electrodynamics (Cavity QED). Cavity QED, on top of being the perfect physical realization of single atom-single photon interactions, has also recently paved the way for the first proposals-and experiments- in quantum information processing.
In the present thesis, we start by analyzing the basics of atom-photon interactions in a single cavity system containing an atom, as described by the Jaynes-Cummings model. In the same part, we also briefly present the founding, theoretical and experimental works, for generating atom-photon entangled states using Rydberg atoms. We then proceed in studying novel systems composed of two coupled micro-cavities, an emerging new field of active research. Here, we investigate the coherent population transfer between the atomic and photonic degrees of freedom using numerical methods. We also examine the dependence in the system's time evolution on experimentally tunable parameters such as the atom-photon detuning and photon hopping rate between the cavities. We finally examine the possibility for creating entangled states between the various subsystems (atoms or photons in each resonator) and characterize it using the measure of von-Neuman entropy. The dynamics and dependence of the different types entanglement for different initial states is investigated for different parameter regimes. We conclude by analyzing how our predictions could be implemented in with existing micro and optical Cavity QED technology.
Περίληψη
Η μελέτη της αλληλεπίδρασης φωτός-ύλης σε οπτικές μικρο-κοιλότητες, περιοχή όπου εκδηλώνεται καθαρά η κβαντική φύση του φωτός, είναι επίσης γνωστή ως Κβαντική Ηλεκτροδυναμική Κοιλοτήτων (Cavity Quantum Electrodynamics - Cavity QED). Η Cavity QED, πέρα από το ότι είναι η πιο επιτυχημένη πειραματική υλοποίηση της αλληλεπίδρασης ενός φωτονίου με ένα μόνο άτομο, άνοιξε επίσης το δρόμο για τις πρώτες προτάσεις και πειράματα στον τομέα της κβαντικής επεξεργασίας της πληροφορίας.
Στην παρούσα διατριβή, ξεκινώντας από την ανάλυση των βασικών εννοιών των αλληλεπιδράσης ατόμου-φωτονίων σε μια μικρο-κοιλότητα, όπως περιγράφεται από το μοντέλο “Jaynes-Cummings”. Στο ίδιο αρχικό μέρος, παρουσιάζουμε εν τάχει τα βασικά χαρακτηριστικά των θεωρητικών και πειραματικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την προετοιμασία “εναγκαλισμένων” (entangled) καταστάσεων φωτονίων-ατόμων με άτομα Rydberg.
Στη συνέχεια, κάνοντας χρήση υπολογιστικών μεθόδων, αναλύουμε διατάξεις αποτελούμενες από δύο συζευγμένες κοιλότητες, ένα αναδυόμενο πεδίο ενεργού ερευνητικού ενδιαφέροντος. Εδώ μελετούμε τη δυνατότητα για σύμφωνη μεταφορά πληθυσμών (coherent population transfer) μεταξύ των ατομικών και φωτονικών βαθμών ελευθερίας κάθε υποσυστήματος. Επιπλέον, αναλύουμε την εξάρτηση της χρονικής εξέλιξης του συστήματος, από πειραματικά ελεγχόμενους παράγοντες, όπως ο αποσυντονισμός μεταξύ των συχνοτήτων ατόμων - φωτονίων και ο ρυθμός μεταφοράς φωτονίων (hopping rate) μεταξύ των κοιλοτήτων.
Στο τελευταίο μέρος μελετάμε την πιθανότητα δημιουργίας εναγκαλισμένων καταστάσεων μεταξύ των διαφόρων υποσυστημάτων της διάταξης (ατόμων ή φωτονίων σε κάθε κοιλότητα) και τις χαρακτηρίζουμε χρησιμοποιώντας την εντροπία “von-Neumann”. Η δυναμική και η εξάρτηση των διαφόρων μορφών εναγκαλισμού για διαφορετικές αρχικές καταστάσεις, μελετώνται για ένα εύρος τιμών των φυσικών παραμέτρων. Καταλήγουμε αναλύοντας το πώς οι πειραματικές μας προβλέψεις θα μπορούσαν να υλοποιηθούν με την υπάρχουσα τεχνολογία Cavity QED.
