Harnessing atomic ensembles for the generation, routing and characterization of quantum states.
| dc.contributor.advisor | Solano Palma, Pablo Andrés | es |
| dc.contributor.author | Moya Ragal, Amaru Gael | es |
| dc.date.accessioned | 2026-06-05T16:33:28Z | |
| dc.date.available | 2026-06-05T16:33:28Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Ciencias con mención en Física. | es |
| dc.description.abstract | La realización de un Internet Cuántico fue propuesta como una red que permitiría la coexistencia de infraestructura de telecomunicaciones existente con tecnologías cuánticas, permitiendo comunicación mas rapida y segura a través del entrelazamiento. Para implementar un internet cuántico, se requiere el desarrollo de fuentes de luz cuántica robustas y controlables, routers cuánticos eficientes y una tomografía de estados cuánticos precisa. Estos son solo algunos de los desafíos actuales que deben resolverse para avanzar de manera efectiva hacia un internet cuántico funcional. El presente trabajo explora la manipulación efectiva de medios atómicos como una plataforma versátil para diseñar, controlar y medir estados cuánticos de luz. Primero, describimos un estudio experimental de la generación de fotones individuales a través de la emisión atómica colectiva. Usando un conjunto de átomos de rubidio frío, estudiamos la generación de fotones individuales mediante procesos DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller), enfocándonos en las propiedades temporales y estadísticas de los fotones emitidos. Estos resultados se comparan con un protocolo superradiante, demostrando el importante papel de los efectos colectivos en la interacción luz-materia como recurso para la fotónica cuántica. Segundo, desarrollamos un marco teórico de espejos cuánticos (quantum mirrors) y proponemos un procotolo para su utilización en la tomografía de estados cuánticos. Al explotar las interacciones controlables de la luz con una metasuperficie controlada por un sistema de dos niveles, demostramos que la respuesta del espejo proporciona acceso directo a la estructura del espacio de fase de estados no clásicos desconocidos. Finalmente, mostramos un estudio preliminar sobre la generación de un reflector de Bragg en vapores de rubidio, inducido por un laser de control vía onda estacionaria contra-propagante, que resulta en una modulación periódica del índice de refracción, a través del efecto AC Stark. Este sistema se modela mediante una Teoría de Modos Acoplados utilizando un enfoque basado en la susceptibilidad que incorpora absorción, saturación y posiblemente ensanchamiento Doppler. Nuestros resultados muestran que a intensidades de probe más altas, la saturación conduce a un comportamiento no lineal intrínseco de los átomos, el cual podría permitir aplicaciones como all-optical switching. | es |
| dc.description.abstract | The realization of a Quantum Internet was proposed as a network that would allow for the coexistence of existing telecommunication infrastructure with quantum devices, enabling faster and more secure communication through entanglement. In order to implement a quantum internet, one requires the development of robust and controllable quantum light sources, efficient quantum routers and precise quantum state tomography. These are only some of the current challenges that must be resolved in order to make progress towards a functional quantum internet. The present work explores the effective manipulation of atomic media as a versatile platform for engineering, controlling and measuring quantum states of light. First, we describe an experimental study of the generation of single photons through collective atomic emission. Using an ensemble of cold rubidium atoms, we study single-photon generation via DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller) processes, focusing on the temporal and statistical properties of the emitted photons. These results are compared to a superradiant protocol, showing the important role of collective light-matter coupling as a resource for quantum photonics. Secondly, we develop a theoretical framework of quantum mirrors and their utilization for quantum state tomography. By exploiting the controllable interactions of light with a metasurface interacting with a control two-level system, we demonstrate that the mirror’s response provides direct access to the phase-space structure of unknown non-classical states. Finally, we show a preliminar study on the generation of an atomic Bragg reflector in rubidium vapors, induced by a counter-propagating standing-wave control field, which results in periodic modulation of the refractive index, via the AC Stark effect. This system is modeled through a Coupled Mode Theory using a susceptibility-based approach that incorporates absorption, saturation, and possible Doppler broadening. Our results show that at higher probe intensities, saturation leads to an intrinsic nonlinear response, enabling the possibility to implement such medium for all-optical switching. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Física | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas | es |
| dc.description.sponsorship | ANID, Milenium Science Initiative Program ICN17−012. | en |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/14101 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.publisher | Universidad de Concepción | es |
| dc.rights | CC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Internet | en |
| dc.subject | Telecommunications | en |
| dc.subject | Tomography | en |
| dc.subject.ods | Acción CLIMÁTICA | es |
| dc.subject.ods | Vida en la TIERRA | es |
| dc.title | Harnessing atomic ensembles for the generation, routing and characterization of quantum states. | en |
| dc.type | Thesis | en |