Propiedades de correlación cuántica temporal de segundo orden en un sistema de dos niveles acoplado a una cavidad

Abstract

La nanofotónica ha desempeñado un papel clave en el desarrollo de tecnologías cuánticas y ha servido como plataforma de pruebas para el estudio de la física fundamental. Un sistema de dos niveles, tal como un punto cuántico, que interactúa con un modo individual del campo en una microcavidad, ha sido objeto de exhaustiva investigación en esta área. Su modelo teórico se describe mediante el Hamiltoniano de Jaynes-Cummings (JC) en la aproximación de onda rotante (RWA). Este subsistema está acoplado a un entorno más amplio (o reservorio), formando un sistema cuántico abierto cuya dinámica se formula utilizando la ecuación maestra de Lindblad. Bajo la excitación de un campo láser, el sistema emite fotones, algunos de los cuales escapan al entorno a través de las paredes de la cavidad. A diferencia de otros sistemas donde la disipación se evita y se considera indeseable, en este caso la luz emitida puede utilizarse en tecnologías cuánticas, especialmente si consiste en fotones individuales. El estudio de las propiedades y características de esta luz es una tarea de las funciones de correlación temporal, entre las cuales, las correlaciones de primer y segundo orden son el enfoque principal de esta tesis. Para ello, se describe brevemente la implementación física de un punto cuántico y una cavidad, así como los modelos teóricos que sustentan el análisis de estos dispositivos y los experimentos detrás de la medición de las funciones de correlación cuántica. En este trabajo, extendemos los métodos desarrollados en por Tejedor et al. para calcular la función de correlación cuántica de segundo orden para retardos temporales arbitrarios . Los resultados se comparan cualitativamente con estudios teóricos y experimentales, demostrando la validez de estos métodos en el análisis de un sistema de dos niveles acoplado a una cavidad en un entorno markoviano. (Texto tomado de la fuente)

Nanophotonics has played a key role in the development of quantum technologies and has served as a test bed for the study of fundamental physics. A two-level system, such as a quantum dot interacting with a single field mode of a microcavity, has been the subject of comprehensive investigation in this area. Its theoretical model is described by the Jaynes–Cummings Hamiltonian in the rotating wave approximation (RWA). This subsystem is coupled to a larger environment (reservoir), forming an open quantum system whose dynamics are formulated using the Lindblad master equation. Under the excitation of a laser field, the system emits photons, some of which leak out to the environment through the walls of the cavity. Contrary to other systems where dissipation is avoided and considered undesirable, in this case the output light can be used in quantum technologies, especially if it consists of single photons. The study of the properties and characteristics of this light is the task of temporal quantum correlation functions, among which the first- and second-order correlations are the main focus of this thesis. For that purpose, we briefly describe the physical implementation of a quantum dot and a cavity, as well as the theoretical models that support the analysis of these devices and the experiments behind the measurement of these correlation functions. In this thesis we extend the methods developed by Tejedor et al. to calculate the second-order quantum correlation function for arbitrary time delays. The results are qualitatively compared with theoretical and experimental studies, demonstrating the validity of these methods for analyzing a two-level system coupled to a cavity within a Markovian environment.