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http://ri.ufmt.br/handle/1/5642
Tipo documento: | Dissertação |
Título: | Eletrodinâmica quântica de guias de onda com aplicações na termometria quântica |
Autor(es): | Dourado, Sinara Santos |
Orientador(a): | Valente, Daniel Mendonça |
Coorientador: | Oliveira, Thiago Werlang de |
Membro da Banca: | Valente, Daniel Mendonça |
Membro da Banca: | Bernardes, Nadja Kolb |
Membro da Banca: | Silva, Erica de Mello |
Resumo : | Os avanços das tecnologias quânticas, como a computação quântica e o sensoriamento quântico, e a miniaturização de componentes eletrônicos tornam mais urgente protocolos de medição e um controle fino da temperatura em escala quântica. Nesta dissertação propomos um protocolo de termometria utilizando eletrodinâmica quântica e um guia de onda. Para estruturá-lo de forma completa abordamos alguns temas que julgamos essenciais. Abordamos o modelo clássico de interação da luz com a matéria, o modelo de Lorentz, bem como o espectro de emissão devido a temperatura e o efeito térmico que um campo eletromagnético de uma fonte térmica tem sobre um dipolo elétrico segundo o modelo de Lagevin. Além disso, estudamos a quantização dos níveis de energia da matéria e do campo eletromagnético, bem como a interação entre ambos. Nossa teoria usa a representação de Heisenberg e estados coerentes para calcular a evolução de um sistema composto por um átomo acoplado a um guia de onda no qual incidimos um laser obtendo as equações de Bloch que descrevem este sistema. Também calculamos a refletância e a transmitância do campo eletromagnético resultante da interação com o átomo, são estas as quantidades que podem ser medidas em um laboratório e que nos mostraram os efeitos puramente quânticos da interação átomo-campo. Por fim, supomos que o átomo acoplado ao guia de onda havia sido anteriormente colocado em contato com um banho térmico, portanto, encontrando-se em um estado inicial térmico, e em seguida colocado para interagir com o laser. Calculamos analiticamente as potências refletida e transmitida para determinar a temperatura do átomo. De fato, esse protocolo se mostrou eficaz na determinação da temperatura inicial do átomo e nos surpreendeu ao mostrar que um átomo a uma temperatura inicial elevada tem toda a sua dinâmica afetada, sofrendo um mascaramento de fenômenos quânticos característicos como a emissão estimulada. |
Resumo em lingua estrangeira: | Advances on quantum technologies, such as quantum computation and quantum sensing, and the miniaturization of electronic components make metrology protocols and fine control of temperature at the quantum scale a pressing problem. In this dissertation we propose a thermometry protocol using waveguide quantum electrodynamics. We start by revisiting the fundamentals. First, we study the classical model of interaction of light with matter, the Lorentz model, as well as the emission spectrum due to temperature and the thermal effect that an electromagnetic field from a thermal source has on an electric dipole according to the Lagevin model. In addition, we study the quantization of the energy levels of matter and the electromagnetic field, as well as the interaction between them. Our theory makes use of the Heisenberg picture and coherent states to calculate the evolution of a system composed of an atom coupled to a waveguide on which we focus a laser, obtaining the Bloch equations that describe this system. We also calculated the reflectance and transmittance of the electromagnetic field resulting from the interaction with the atom, which are the quantities that can be measured in a laboratory and that showed us the purely quantum effects of the atom-field interaction. Finally, we assume that the atom coupled to the waveguide had been in contact with a thermal bath, being therefore in a thermal initial state, and again we propose the interaction with the laser. We analytically calculate the reflected and transmitted powers to determine the temperature of the atom. In fact, this protocol proved to be effective in determining the initial temperature of the atom and surprised us by showing that an atom at a high initial temperature has all its dynamics affected, undergoing decoherence of characteristic quantum phenomena such as stimulated emission. |
Palavra-chave: | Termometria quântica Eletrodinâmica quântica Guia de onda |
Palavra-chave em lingua estrangeira: | Quantum thermometry Quantum electrodynamics Waveguide |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal de Mato Grosso |
Sigla da instituição: | UFMT CUC - Cuiabá |
Departamento: | Instituto de Física (IF) |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Referência: | DOURADO, Sinara Santos. Eletrodinâmica quântica de guias de onda com aplicações na termometria quântica. 2022. 85 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Física, Cuiabá, 2022. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://ri.ufmt.br/handle/1/5642 |
Data defesa documento: | 20-May-2022 |
Aparece na(s) coleção(ções): | CUC - IF - PPGF - Dissertações de mestrado |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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