Dinâmica do processo de leitura de memórias quânticas em átomos frios

Abstract

Nesta tese estudamos o mecanismo de extração da informação armazenada em uma memória quântica constituída de um ensemble de átomos de césio aprisionados e resfriados em uma armadilha magneto-ótica. Consideramos memórias contendo uma única excitação de um estado atômico coletivo, mapeada em um único fóton durante o processo de leitura. Os processos de geração, deteção, e caracterização dos fótons no sistema experimental são detalhados. Observamos correlações não clássicas entre os campos óticos gerados no sistema. Resultados são obtidos na presença e na ausência dos campos magnéticos da armadilha. Além disso, apresentamos uma teoria para o pacote de onda do fóton extraído, conduzindo a uma expressão analítica que depende dos parâmetros principais do problema. Comparamos a teoria com uma série de situações experimentais e um acordo quantitativo satisfatório é obtido. Desta forma, estudamos sistematicamente a saturação e o espectro do processo de leitura, elucidando ainda o papel da superradiância no sistema. Utilizando uma alta profundidade ótica, observamos a formação da condição de transparência eletromagneticamente induzida no meio através do desaparecimento de uma estrutura característica no espectro de leitura. Tal estrutura é representada pela diminuição da probabilidade de extração do fóton em torno da ressonância, desaparecendo para altas potências de leitura. Estudamos ainda o comportamento da probabilidade condicional de geração de um par de fótons variando a profundidade ótica do meio e, consequentemente, a própria condição de superradiância.