Transiciones estructurales en trampas de iones acopladas a cavidades ópticas

• Autores: Kahan, Alan
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cormick, María Cecilia; Ermann, Leonardo
• Materia: Transiciones de fase estructurales; Iones atrapados; Optomecánica; Biestabilidad; Structural phase transitions; Trapped ions; Optomechanics; Bistability
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2023.
Fil: Kahan, Alan. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.
En este trabajo consideramos un sistema optomecánico compuesto por un ion atrapado acoplado dispersivamente a un único modo de una cavidad óptica bombeada. Nos centramos en un rango de parámetros que exhibe biestabilidad de diferentes configuraciones en la descripción semiclásica. Esta descripción semiclásica, sin embargo, no es válida en las proximidades de las transiciones del sistema o cuando el número medio de fotones es bajo. En una primera etapa, proporcionamos un análisis numérico del estado completamente cuántico en el régimen de pocos fotones, explorando las características del estado asintótico a través de la transición y analizando posibles marcadores de biestabilidad semiclásica. Para mayores números medios de fotones, recurrimos a un enfoque basado en una evolución truncada en el espacio de fases. Comparamos los resultados de nuestras técnicas con los de la diagonalización numérica de la evolución cuántica y encontramos que, aunque el tratamiento conduce a un suavizado y a un ligero desplazamiento de las transiciones en el sistema, sigue proporcionando una clara mejora sobre las aproximaciones semiclásicas localizadas. Por otra parte, hicimos una caracterización del entrelazamiento en el estado asintótico utilizando esta aproximación semiclásica en una cavidad óptica acoplada a una cadena de tres iones unidimensional, y estudiamos su relación con los modos de vibración de la misma.
We consider an optomechanical system composed of a trapped ion dispersively coupled to a single mode of a pumped optical cavity. We focus on a parameter range that exhibits bistability of different configurations in the semiclassical description. This semiclassical description, however, is not valid close to the system transitions or when the mean photon number is low. Here, we provide a numerical analysis of the fully quantum state in the few-photon regime, exploring the features of the asymptotic state across the transition and analyzing possible markers of semiclassical bistability. For larger mean photon numbers, we resort to an approach based on a truncated evolution in phase space. We compare the results of our techniques with the ones from numerical diagonalization of the quantum evolution and find that although the treatment leads to a smoothening and a slight shift of the transitions in the system, it still provides a clear improvement over localized semiclassical approximations. On the other hand, we performed a characterization of the steady state entanglement using this semiclassical approximation in a one-dimensional three-ion chain coupled to an optical cavity, and analyzed its relation with the vibrational modes of the ion chain.
Fil: Kahan, Alan. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.