Fenomenologia da transparência eletromagneticamente induzida em osciladores harmônicos acoplados parametricamente - Potyrala, Deivison Leonardo [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
A transparência eletromagneticamente induzida (EIT) é um fenômeno no qual um meio opaco se torna transparente devido a uma interferência quântica. Este efeito é candidato promissor ao bloco fundamental de várias operações no âmbito da ciência da computação e informação quântica, como, por exemplo, implementação de transístor ópto-quântico, filtros quânticos, memórias quânticas, entre outros. Embora a EIT seja um fenômeno genuinamente quântico, há na literatura trabalhos que mostram que essa fenomenologia pode ser analogamente descrita por dois osciladores harmônicos (OHs) clássicos acoplados. Entretanto, essa analogia apresenta duas inconsistências, a primeira de que o campo de controle (agente externo no fenômeno original) é mapeado na constante de acoplamento entre os OHs (agente interno do sistema análogo); já a segunda é que se torna necessário que ambos OHs clássicos possuam mesma frequência natural quando se tem a ressonância do campo de controle, imposição inexistente no fenômeno original. Neste trabalho de conclusão de curso foi investigado como contornar tais inconsistências de modo a obter uma analogia mais fiel da EIT em sistemas clássicos. Isso foi alcançado assumindo que os OHs fossem acoplados parametricamente, uma vez que a temporalidade na intensidade do acoplamento pode ser vista como indiretamente oriunda da aplicação de uma força externa sobre o sistema. Além disso, nesse caso não se é mais imposto igualdade entre as frequências naturais dos OHs no regime de ressonância do campo de controle. Adicionalmente, também se investigou aqui a fenomenologia da EIT na versão quântica do sistema, isto é, dois Ohs quânticos parametricamente acoplados, verificando essa possibilidade não só quando o acoplamento se dá através de uma interação do tipo Jaynes-Cummings, mas também quando é do tipo anti-Jaynes-Cummings. Até onde sabemos, não há relato nem estudos na literatura sobre esse contexto, de modo que nosso trabalho abre caminho para novas investigações sobre EIT em sistemas com acoplamento anti-Jaynes-Cummings.

Electromagnetically induced transparency (EIT) is a phenomenon in which an opaque medium becomes transparent due to a quantum interference. This effect is a candidate to be a building block of several applications in the field of quantum computer science, such as quantum-optical transistor, quantum filters, quantum memories etc. Although it is a genuine quantum effect, such phenomenology can be mapped into a classical system composed of two coupled harmonic oscillators (HOs). However, this analogy has two inconsistencies, firstly the control field (external agent in the original EIT) is mapped into the coupling strength between the HOs (internal agent in the classical analogue); secondly it is required that both HOs have the same natural frequency when the control field is resonant, constraint which is absent in the original phenomenon. In this work we investigated how to circumvent these inconsistencies to achieve a more accurate analogy of EIT in classical systems. We did that by assuming a parametric coupling between the HOs, since the time-dependent coupling strength indirectly arises from the application of an external force on the system. Moreover, the same natural frequency for both HOs when the control field is resonant is no longer required. Finally, we investigated the quantum version of the system composed of two parametrically coupled HOs, for which we have shown that the phenomenology of EIT is present not only when the coupling occurs through a Jaynes-Cummings-like interaction, but also through an anti-Jaynes-Cummings-like one. As far as we know the literatures lacks studies on this subject, thus our work can pave the way for future investigations concerning EIT in systems with anti-Jaynes-Cummings coupling.
Phenomenology of electromagnetically induced transparency in parametrically coupled harmonic oscillators
Keywords: Transparência eletromagneticamente induzida; Osciladores harmônicos acoplados; Acoplamento paramétrico; Eletrodinâmica quântica de cavidades.; Electromagnetically induced transparency; Coupled harmonic oscillators; Parametric coupling; Cavity quantum electrodynamics.