Emaranhamento de qubits de éxcitons de vale nos novos sistemas bidimensionais integrados em uma nanocavidade

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nascimento Júnior, Celso Alves do
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/45913
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2022.
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spelling Nascimento Júnior, Celso Alves doFanyao, Qu2023-05-29T21:06:06Z2023-05-29T21:06:06Z2023-05-292023-01-20NASCIMENTO JÚNIOR, Celso Alves do. Emaranhamento de qubits de éxcitons de vale nos novos sistemas bidimensionais integrados em uma nanocavidade. 2022. 101 f., il. Dissertação (Mestrado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/45913Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2022.Neste trabalho analisamos a dinâmica dos qubits de éxcitons em três sistemas quânticos distintos, nos quais nos permitiu extrair várias informações relevantes, como a concorrência, que é o meio pelo qual é possível calcular o quanto que um sistema quântico está emaranhado. Éxcitons são quasipartículas compostas por um par elétron-buraco. São excelentes sistemas para serem usados como bits quânticos, pois sua neutralidade elétrica é extremamente vantajosa, tornando-os menos suscetíveis a decoerência devido a flutuações eletrostáticas em sua vizinhança. Nesse trabalho, propomos dois tipos de qubits de éxcitons: qubits de éxcitons brilhantes e qubits de éxcitons escuros . Primeiramente estudamos um sistema quântico aberto composto por dois vales povoados por éxcitons claros, em que foi mostrado que a concorrência em função do tempo sempre decai, ou seja, sempre alcançava estados estacionários nulos. Já no segundo estudo introduzimos ao primeiro sistema uma microcavidade bimodal, onde fora utilizado dois estados iniciais diferentes: O primeiro com os qubits de éxcitons em um estado não correlacionado, ou seja, não emaranhado, e os fótons da cavidade em um estado de Bell (estado maximamente emaranhado), já no segundo estado inicial, deixamos os qubit de éxcitons em um estado de Bell e os fótons da cavidade em um estado não correlacionado. Em seguida foram realizados cálculos pós-dinâmicos, como a separação das matrizes de densidade do sistema composto, e por fim calculamos a concorrência para o sistema excitônico. Com essa análise foi mostrado que a concorrência apresentou valores estacionários satisfatórios para o seu uso na Computação Quântica, mostrando que a cavidade introduzida ao sistema beneficiou o emaranhamento dos qubits de éxcitons. No terceiro estudo trabalhamos com um sistema de três níveis situados em um único vale, povoados por qubits de éxcitons claros e escuros, onde a motivação para ser trabalhar com essas últimas quasipartículas é o fato do tempo de vida radiativa serem muito maiores do que dos éxcitons claros , portanto, sua utilidade para a Computação Quântica é notável. No entanto, os éxcitons escuros são opticamente inativos, o que é um grande desafio a ser superado antes de qualquer tentativa de se tentar operá-los. Propomos um mecanismo empregando um campo magnético no plano da amostra para tornar os éxcitons escuros brilhantes. Demonstramos também que a emissão de éxcitons escuros pode ser efetivamente controlada pela magnitude e orientação do campo magnético aplicado. Ainda em relação ao último sistema, encontramos as soluções estacionárias analíticas, como também correlacionamos as equações de movimento obtidas através da Equação Mestre de Lindblad com as equações obtidas usando o formalismo das equações de taxas.In this work we analyze the dynamics of exciton qubits in three quantum systems different areas in which it allowed us to extract several relevant information, such as the concurrence, which is the means by which it is possible to calculate how entangled a quantum system is. Excitons are quasiparticles composed of an electron-hole pair. They are excellent systems to be used as quantum bits, because their electrical neutrality is extremely advantageous, making them less susceptible to decoherence due to electrostatic fluctuations in your neighborhood. In this work, we propose two types of exciton qubits: bright exciton qubits and dark exciton qubits. First we study the open quantum system composed of two valleys populated by bright excitons, in which it was shown that concurrence as a function of time it always decays, that is, it always reached zero steady states. Already in the second study, we introduced a bimodal microcavity to the first system, where it was used two different initial states: The first with the exciton qubits in a non- correlated (non-entangled state) and the cavity photons in a Bell state (unentangled state). maximally entangled), already in the second initial state, we leave the exciton qubits in a Bell state and the cavity photons in an uncorrelated state. Then post-dynamic calculations were performed, such as the separation of the density matrices of the composite system, and finally we calculate the concurrennce for the excitonic system. With this analysis it was shown that the concurrence presented satisfactory stationary values for its use in Quantum Computing, showing that the cavity introduced to the system benefited from the entanglement of exciton qubits. In the third study, we worked with a system of three levels located in a single valley, populated by exciton qubits bright and dark, where the motivation for working with these last quasiparticles is the fact that the radiative lifetimes of dark excitons are much longer than those of bright excitons, so their usefulness for Quantum Computing is much greater. However, dark excitons are optically inactive, which is a big challenge to be overcome before any attempt is made to try to operate them. We propose a mechanism employing a magnetic field in the sample plane to make the dark excitons light. We also demonstrate that the emission of dark excitons can be effectively controlled by the magnitude and orientation of the applied magnetic field. Still in relation to last system we find the analytical stationary solutions, as well as compare the equations of motion obtained through the Linblad Master Equation with the equations obtained using the formalism of rate equations.Instituto de Física (IF)Programa de Pós-Graduação em FísicaporA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessEmaranhamento de qubits de éxcitons de vale nos novos sistemas bidimensionais integrados em uma nanocavidadeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisQubits de éxcitonsEmaranhamentoConcorrênciaComputação quânticareponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2023_CelsoAlvesdoNascimentoJúnior.pdf2023_CelsoAlvesdoNascimentoJúnior.pdfapplication/pdf3763894http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/45913/1/2023_CelsoAlvesdoNascimentoJ%c3%banior.pdf662b23a7f954cd1e089e70e5268022caMD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain671http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/45913/2/license.txtbacfee268cc5d4f6aaa2e6e0066d38f5MD52open access10482/459132024-02-20 13:56:57.138open accessoai:repositorio2.unb.br:10482/45913QSBjb25jZXNzw6NvIGRhIGxpY2Vuw6dhIGRlc3RlIGl0ZW0gcmVmZXJlLXNlIGFvIHRlcm1vIGRlIGF1dG9yaXphw6fDo28gaW1wcmVzc28gYXNzaW5hZG8gDQpwZWxvIGF1dG9yIGNvbSBhcyBzZWd1aW50ZXMgY29uZGnDp8O1ZXM6DQoNCk5hIHF1YWxpZGFkZSBkZSB0aXR1bGFyIGRvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvciBkYSBwdWJsaWNhw6fDo28sIGF1dG9yaXpvIGEgVW5pdmVyc2lkYWRlIGRlIEJyYXPDrWxpYQ0KIGUgbyBJQklDVCBhIGRpc3BvbmliaWxpemFyIHBvciBtZWlvIGRvcyBzaXRlcyB3d3cuYmNlLnVuYi5iciwgd3d3LmliaWN0LmJyLA0KIGh0dHA6Ly9oZXJjdWxlcy52dGxzLmNvbS9jZ2ktYmluL25kbHRkL2NoYW1lbGVvbj9sbmc9cHQmc2tpbj1uZGx0ZCBzZW0gcmVzc2FyY2ltZW50byBkb3MgDQpkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcywgZGUgYWNvcmRvIGNvbSBhIExlaSBuwrogOTYxMC85OCwgbyB0ZXh0byBpbnRlZ3JhbCBkYSBvYnJhIGRpc3BvbmliaWxpemFkYSwNCiBjb25mb3JtZSBwZXJtaXNzw7VlcyBhc3NpbmFsYWRhcywgcGFyYSBmaW5zIGRlIGxlaXR1cmEsIGltcHJlc3PDo28gZS9vdSBkb3dubG9hZCwgYSB0w610dWxvIGRlIA0KZGl2dWxnYcOnw6NvIGRhIHByb2R1w6fDo28gY2llbnTDrWZpY2EgYnJhc2lsZWlyYSwgYSBwYXJ0aXIgZGVzdGEgZGF0YS4=Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestopendoar:2024-02-20T16:56:57Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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