Teoria de detecção homódina atômica em condensados de Bose-Einstein
Bruno Requião da Cunha
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP C914t
[Atomic homodyne detection theory on Bose-Einstein condensates]
Campinas, SP : [s.n.], 2006.
62 p. : il.
Orientador: Marcos Cesar de Oliveira
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Resumo: Óptica atômica e em particular a física de ondas de matéria ultrafrias tiveram um grande desenvolvimento teórico e experimental em muito devido à realização experimental da condensação de Bose-Einstein em vapores atômicos. A gama de interesse nesses sistemas é muito ampla já que eles...
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Resumo: Óptica atômica e em particular a física de ondas de matéria ultrafrias tiveram um grande desenvolvimento teórico e experimental em muito devido à realização experimental da condensação de Bose-Einstein em vapores atômicos. A gama de interesse nesses sistemas é muito ampla já que eles proporcionam reais aplicações práticas de assuntos inovadores em física fundamental de sistemas de muitos corpos com parâmetros altamente controláveis e até mesmo na implementação de computação quântica, teleporte e lasers atômicos. Com efeito, demonstramos numa formulação completamente quântica que a colisão cruzada entre átomos aprisionados num potencial de poço duplo pode aumentar significativamente a taxa de tunelamento atômico em configurações específicas da armadilha, levando a um regime de oscilação Rabi da população dos poços do potencial. Ainda, mostramos que os fenômenos de colapso e ressurgimento do condensado são suprimidos devido à competição entre autocolisão e colisão cruzada intermediada pelo tunelamento. Um aspecto da condensação de Bose-Einstein que tem atraído muita discussão teórica é a idéia de fase. Nesse sentido, o modelo de poço duplo aqui discutido pode resultar em condições ideais para esquemas de detecção homódina atômica de fase. Propomos uma técnica de medição não destrutiva para monitorar oscilações do tipo Josephson entre dois condensados de Bose-Einstein de átomos neutros espacialmente separados. Um condensado é disposto em uma cavidade óptica, fortemente dirigida por um campo coerente. O sinal de saída é monitorado lançando-se mão de um esquema de detecção homódina balanceada. O campo da cavidade é escolhido de forma que esteja muito fora de sintonia com quaisquer transições atômicas. Assim, esse campo ganha uma fase proporcional ao número de átomos na cavidade devido à interação dispersiva entre os campos atômico e fotônico. A corrente detectada é então modulada pela corrente de oscilação devida ao tunelamento dos modos condensados. De fato, mesmo quando ambos os poços estão igualmente populados, uma fase é estabelecida pelo processo de medição e oscilações do tipo Josephson acabam ocorrendo. Nesse contexto, mostramos que a presença de colisão cruzada aprimora as condições necessárias para se adquirir informações sobre a fase quântica relativa de um condensado de Bose-Einstein num potencial de poço duplo
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Abstract: Recently, atom optics and the physics of ultracold matter waves have witnessed rapid theoretical and experimental progress due to the achievement of atomic vapor Bose-Einstein condensation (BEC). The interest in such systems is quite wide ranged since it opens new applicative frontiers...
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Abstract: Recently, atom optics and the physics of ultracold matter waves have witnessed rapid theoretical and experimental progress due to the achievement of atomic vapor Bose-Einstein condensation (BEC). The interest in such systems is quite wide ranged since it opens new applicative frontiers such as investigations on fundamental many-body physics in model systems with highly controllable parameters and even quantum computation, teleportation and atom-lasers besides several other ground breaking subjects. Henceforth, we demonstrate in an exact quantum formulation that cross-collisions between atoms trapped in a double well can significantly increase the atom tunnelling rate for special trap configurations leading to an effective linear Rabi regime of population oscillation between the trap wells. Typical collapse and revival of the condensate are suppressed as well as due to cross- and self-collision competition intermediated by tunnelling. One aspect of BECs that has attracted much theoretical work is the idea of phase. In this sense if we face this double-well BEC model as a temporal atomic beam splitter it may result in optimal conditions for homodyne atomic detection schemes. A nondestructive measurement technique to monitor Josephson-like oscillations between two spatially separated neutral atom Bose-Einstein condensates is investigated. One condensate is placed in an optical cavity, which is strongly driven by a coherent optical field. The cavity output field is monitored using a homodyne detection scheme. The cavity field is well detuned from any atomic resonance and experiences a dispersive phase shift proportional to the number of atoms in the cavity. The detected current is modulated by the coherent tunnelling oscillations of the condensate. Even when there is an equal number of atoms in each well initially, a phase is established by the measurement process and Josephson-like oscillations develop. Hence we show that the presence of cross-collisions enhances the possibility of acquiring information about the relative quantum phase of a double-well Bose-Einstein condensate
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Bruno Requião da Cunha
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