Conversor de luz coerente em luz comprimida

Abstract

As fontes de luz quântica desempenham um papel fundamental em diversas áreas de tecnologias quânticas. Entretanto, a geração eficiente de estados multifontônicos ainda apresenta obstáculos a serem superados; em especial, a produção de estados bifotônicos tais como laser/maser de dois fótons e fontes de luz comprimida têm despertado o interesse devido suas aplicações em protocolos de informação quântica, litografia e metrologia quântica. Este trabalho investiga de maneira teórica a conversão de luz coerente em luz comprimida, bem como a conversão de um pulso de um único fóton em um pulso de dois fótons. Para tais finalidades, implementou-se deterministicamente um processo de conversão paramétrica descendente degenerada em um sistema de cavidades ópticas cruzadas acopladas ressonantemente a um átomo de dois níveis. Neste sistema, uma das cavidades se acopla ao átomo através da interação de Jaynes-Cummings convencional, enquanto a outra, mediante a interação de Jaynes-Cummings de dois fótons. Para analisar a conversão do pulso que incide sobre o sistema, utilizou-se a teoria de input-output em conjunto com a equação de Schrödinger (solução exata e numérica) e a equação de Heisenberg-Langevin (solução proximada e analítica).

Quantum light sources play an essential role in quantum technology field. However, the efficient generation of multi-photonic states still presents obstacles to be overcome; in special, the generation of biphotonic states such as laser/maser of two photons and squeezed light sources have aroused interest due to its application in quantum information protocols, quantum lithography and metrology. This work aims to theoretically investigate the conversion of coherent light into squeezed one as well as the conversion of a single-photon one into a two photon pulse. For such purposes, a degenerate parametric down conversion process was implemented in a cross cavity system coupled resonantly with a two level atom. In this system, one of the cavities is coupled to the atom through a conventional Jaynes-Cummings interaction, while the other through a two-photon Jaynes-Cummings interaction. To analyze the conversion of the pulse that impinges on the system, we used the input-output theory together with the Schrödinger equation (exact and numeric solution) and the Heisenberg-Langevin equation (approximated and analytical solution).