Quantum state engineering in cavity quantum electrodynamcis

Resumen

En la presente tesis se aborda el procesado cuántico de información en sistemas ópticos cuánticos. El trabajo se centra en el dominio de la electrodinámica cuántica en cavidades (cavity-QED) donde el campo electromagnético constituido por unos pocos fotones se encuentra confinado en una cavidad consistente en dos espejos de alta calidad alineados de forma que sea posible confinar los modos resonantes durante tiempos lo suficientemente elevados como para que la interacción luz-materia pueda ser relevante. En cavity-QED es posible reducir la interacción luz-materia al caso más simple: el modelo de Jaynes-Cummings, donde unos pocos átomos pueden interaccionar con un único modo de radiación confinado en una cavidad. Típicamente, el sistema cuántico está constituido por los estados cuánticos del átomo y el campo electromagnético, por ejemplo: el número de fotones de cada polarización. En este contexto, y considerando sistemas atómicos de tres niveles proponemos unos modelos para realizar ingeniería cuántica en cavity-QED. Por un lado, proponemos la realización de una puerta lógica cuántica de fase para dos pulsos cuánticos de luz ortogonales en polarización. Asimismo, considerando estados del campo de radiación en un estado coherente o semi-clásico es posible crear estados de fotones entrelazados en polarización mediante la aplicación de la puerta de fase. Por otro lado, proponemos un nuevo mecanismo para crear pares de fotones entrelazados, constituido por un átomo de tres niveles interaccionando, sucesivamente, con los modos confinados en dos cavidades. Esta última propuesta tiene un gran interés por su posible aplicación a la criptografía cuántica. El estudio de la dinámica de los modelos propuestos se ha realizado mediante las formulaciones: matriz densidad, ecuación de Schrödinger y el método de los saltos cuánticos. Estos métodos permiten obtener resultados realistas puesto que incorporan la presencia de procesos