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https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/35806
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Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
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dc.contributor.advisor | BARBOSA, Daniel Felinto Pires | - |
dc.contributor.author | ANDRADE, Gabriel da Cruz Borba de | - |
dc.date.accessioned | 2019-12-16T19:59:41Z | - |
dc.date.available | 2019-12-16T19:59:41Z | - |
dc.date.issued | 2019-07-04 | - |
dc.identifier.citation | ANDRADE, Gabriel da Cruz Borba de. Atomic memory using higher-order nonlinear processes. 2019. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2019. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/35806 | - |
dc.description | ANDRADE, Gabriel da Cruz Borba de, também é conhecido em citações bibliográficas por: BORBA, Gabriel da Cruz; BARBOSA, Daniel Felinto Pires, também é conhecido em citações bibliográficas por: FELINTO, Daniel. | pt_BR |
dc.description.abstract | Quantum memories are essential for many tasks in quantum information, especially for long-distance quantum communication protocols, where optical memory would be essential to the synchronization of the different segments of a linear chain of pairs of entangled atomic en- sembles. Implementations of atomic-ensemble quantum memory have been carried out using different techniques. Many of them employ essentially first-order ground-state coherences to store the phase information of the incident fields, being the overall nonlinear process of stor- age and retrieval characterized by the third-order nonlinear susceptibility χ(³) of the atomic medium, which is connected to four-wave mixing. The present work explores new possibilities for the selective storage of higher order nonlinearity in a sample of cold atoms confined in a magneto-optical trap. Particularly, we demonstrate the storage of a third-, fifth-, and seventh- order nonlinear atom-light interaction into the Zeeman structure of hyperfine cesium 6S½, F = 3 ground state. The writing process creates gratings associated with these higher-order nonlinear processes, which can be selectively read by the read beam after a controlled storage time. During this writing process, two different types of grating are formed: coherence and population gratings. Each of them stores only specific orders of nonlinearities, which implies that part of the information is stored in the populations and the other part in the ground-state coherence, leading to particular features in the signal of each order. We also demonstrated that such memories were able to both store and manipulate the orbital angular momentum (OAM) of an input field, obtaining outputs with topological charges that were algebraic functions of the input topological charges. For example, one can retrieve the double or triple of the input topological charges for the memories based on the χ(⁵) or χ(⁷) processes, respectively. The mechanisms of the nonlinear atomic memory are theoretically analyzed since the creation of the grating until the extraction of the field D, permitting a quantitative calculation of the im- portant physical features. Since such higher-order nonlinearities are associated with processes involving a larger number of photons, this kind of memory can in principle be used to generate multiple quantum-correlated photons, opening the possibility to extend the capability of many quantum information protocols. In this context, we propose a concrete method to gen- erate triplets of correlated photons based on a χ(⁵) memory. Finally, we also demonstrate that a Laguerre-Gauss mode can be amplified through a nonlinear stimulated Raman process. This could be important for applications in classical communication using OAM. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | CNPq | pt_BR |
dc.language.iso | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pernambuco | pt_BR |
dc.rights | openAccess | pt_BR |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Memórias atômicas | pt_BR |
dc.subject | Manipulação de informação | pt_BR |
dc.subject | Ordens de não linearidade mais altas | pt_BR |
dc.title | Atomic memory using higher-order nonlinear processes | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5721229596545134 | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPE | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.degree.level | doutorado | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/6850973264206190 | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pos Graduacao em Fisica | pt_BR |
dc.description.abstractx | Memórias quânticas são essenciais para várias tarefas em informação quântica, especial- mente em protocolos de comunicação quântica para longas distâncias, onde a memória seria essencial para a sincronização de diferentes segmentos de uma cadeia linear de pares de ensembles emaranhados. Implementações de memórias quânticas em ensembles atômicos veem sendo realizadas utilizando diferentes técnicas. Muitas delas empregam essencialmente coerências de primeira ordem de estados fundamentais para armazenar a informação de fase dos campos incidentes, onde o processo total de armazenamento e recuperação é caracterizado por uma susceptibilidade não linear de terceira ordem, χ(³), que está conectada com processos de mistura de quatro ondas. O presente trabalho explora novas possibilidades de armazenamento seletivo de ordens de não linearidade numa amostra de átomos frios confinados em uma armadilha magneto-ótica. Particularmente, demonstramos o armazenamento da terceira, quinta e sétima ordem de não linearidade da interação átomo-luz na estrutura Zeeman do estado hiper- fino 6S½, F = 3 do césio. O processo de escrita cria grades associadas com processos de altas não linearidades, que podem ser seletivamente lidos por um feixe de leitura depois de um tempo de armazenamento escolhido. Durante este processo de escrita, dois tipos diferentes de grades são formadas: grades de coerência e grades de população. Cada uma delas armazena apenas ordens específicas de não linearidades, implicando que parte da informação é armazenada nas populações e a outra parte é armazenada nas coerências dos estados fundamentais, levando a características particulares no sinal de cada ordem. Também demonstramos que estas memórias são capazes de armazenar e manipular o momento angular orbital (MAO) de um campo de entrada, obtendo campos de saída com cargas que são funções algébricas das cargas topológica de entrada. Por exemplo, pode-se recuperar o dobro ou o triplo da carga topológica original para as memórias relacionadas aos processos de χ(⁵) e χ(⁷), respectivamente. Os mecanismos da memória atômica não linear são analisados também teoricamente desde a criação da grade até a extração do campo D, permitindo um cálculo quantitativo de importantes aspectos físicos. Já que tais ordens de não linearidade estão naturalmente associadas com processos envolvendo um maior número de fótons, estas memórias podem, em princípio, ser usadas para gerar múltiplos fótons correlacionados, abrindo a possibilidade de extender a capacidade de vários protocolos de informação quântica. Neste contexto, propomos um método concreto para gerar tripletos de fótons correlacionados baseado na memória de χ(⁵). Finalmente, também demonstramos que um modo de Laguerre-Gauss pode ser amplificado através de um processo Raman estimulado, o que pode se mostrar valioso para aplicações em comunicação clássica utilizando MAO. | pt_BR |
Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado - Física |
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