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Em 1993, Bennett propôs um protocolo de teletransporte de um estado quântico por meio de dois canais de comunicação de natureza distinta: Um canal clássico, formado por duas vias clássicas de informação, e um canal quântico, formado por um par de sistemas entrelaçados. Após algumas implementações bem-sucedidas no domínio de variáveis discretas, em 1998 surge uma versão de variáveis contínuas do protocolo [1]. No mesmo ano, Furusawa et al. realizam o teletransporte quântico incondicional baseado em variáveis contínuas do campo [2]. Recentemente, o emaranhamento no domínio de variáveis contínuas entre feixes intensos de luz com diferentes cores foi medido [3, 4, 5]. Neste trabalho relatamos os avanços na implementação do protocolo de teletransporte entre campos intensos de cores distintas. Depois de alguns esforços, conseguimos construir um oscilador paramétrico óptico (OPO) que se apresentou como uma fonte razoável de feixes intensos emaranhados. Os equipamentos necessários para a execução do protocolo foram construídos e instalados. Seguiram-se vários testes para garantir o funcionamento combinado de todas as partes. Entre eles, a teleportação de um estado de vácuo não deslocado, onde obtivemos resultados promissores. Após ajustes de configuração e desenvolvimento de técnicas de análise de dados para fornecer a produção, detecção e análise de estados deslocados do campo, o protocolo foi executado com esse tipo de estados. Alcançamos uma fidelidade de 45% para um estado de entrada deslocado, enquanto que a fidelidade considerando apenas as variâncias chegou a 60%. Para comprovar sucesso de nosso protocolo de teletransporte quântico, estão previstas algumas otimizações e alterações na operação do OPO, através das quais esperamos superar em breve a marca de 50% de fidelidade, correspondente ao limite clássico. In 1993, Bennett et al. [6] proposed a teleportation protocol of a quantum state by means of two communication channels of distinct natures: A classical channel, formed by two classical information pathways, and a quantum channel, formed by a pair of entangled systems. After some successful implementations in the discrete variables domain, in 1998 arises a continuous variables version of the teleportation protocol [1]. In the same year, Furusawa et al. accomplish the unconditional quantum teleportation based on continuous variables of the field. [2]. Recently, entanglement in the continuous variables domain between bright beams of light with different colors was measured [3, 4, 5]. In this work we report the advances on the teleportation protocol implementation between bright fields of distinct colors. After some struggle, we managed to build an Optical Parametric Oscillator (OPO) witch presented it self as a reasonable source of entangled bright beams. The setup required for the execution of the protocol was built and installed. This was followed by several tests to ensure the combined working of all parts. The teleportation of a nondisplaced vacuum state was one of the performed tests, on wich we achieved promising results. After setup adjustments and the developing of data analysis techniques to provide the production, detection and analysis of displaced states of the field, the protocol was run with this kind of states. We reached a fidelity of 45% for a displaced input state, while the fidelity considering only the variances was up to 60%. To prove the success of our quantum teleportation protocol, some optimizations and changes in the operation of the OPO are in plan, whereby we expect soon to surpass the 50% fidelity benchmark, corresponding to the classical limit.

O emaranhamento é uma propriedade intrinsecamente quântica, que pode ser empregada em protocolos de comunicação quântica de informação, como criptografia quântica e teletransporte, e um recurso importante no processamento quântico de informação, visando a implementação de algoritmos mais eficientes que os atualmente empregados, de uso limitado em problemas ditos insolúveis, nos quais, as etapas de processamento crescem exponencialmente com o tamanho dos dados de entrada. O Processo de Mistura de Quatro Ondas [4WM: Four Wave Mixing] na configuração duplo- em vapor de Rubídio tem-se mostrado como uma fonte robusta de estados fortemente emaranhados [Boyer et al., 2008b]. No presente trabalho é caracterizado o ganho paramétrico G dos campos Stokes e anti-Stokes no processo de 4WM associado à linha D 1 do Rubídio. Os parâmetros estudados foram a dessintonia do campo de bombeio , sua intensidade I B e a temperatura da célula de Rubídio T Rb . Além da caracterização do ganho, estudaram-se também a absorção eletromagneticamente induzida e as intensidades dos feixes conjugados. Obtiveram-se ganhos de até 450% ajustáveis via sintonização destes parâmetros. Os elevados ganhos em meios atômicos permitem geração de emaranhamento sem uso de cavidade e aceitam operação multimodo. Consequentemente podem ser usados na realização de medidas ultraprecisas e ensejam a possibilidade de explorar regimes até agora inatingíveis pelos Osciladores Paramétricos Óticos [OPO] baseados em cristais (nos quais os ganhos são da ordem de 4%). O OPO tem sido estudado em situações acima ou abaixo do limiar, mas na transição rareiam resultados experimentais. Os resultados obtidos foram comparados com a literatura, e o próximo passo é usá-los em cavidades abertas para construir um OPO que seja facilmente operado acima ou abaixo do limiar, e estudar o limite entre vácuo enmaranhado e feixes intensos. Espera-se observar estados emaranhados não gaussianos gerados neste sistema e estudar suas aplicações em processamento de informação com variáveis contínuas da luz. Entanglement is an intrinsically quantum property that can be used in quantum communication protocols, such as quantum cryptography and teleportation. It is a basic piece for quantum information processing, aiming at the implementation of more efficient algorithms than those currently used. These new algorithms are important to attack the so called nonsolvable problems, in which, the processing steps grow exponentially with the size of the input data. On the other hand, the Four Wave Mixing Process in the double- level configuration in Rubidium vapor has been shown to be a robust source of strongly entangled fields [Boyer et al., 2008b]. In the present work the parametric gain G of the Stokes and anti-Stokes fields in the 4WM process associated with the D 1 line of Rubidium is characterized. The parameters studied were the detuning and intensity I B of the pumping field and the temperature of the Rubidium cell T Rb. Besides the gain characterization, the electromagnetically induced absorption and the intensities of the conjugated fields were also studied. Adjustable gains up to 450% were achieved via the tuning of those parameters. The high gains in atomic media allow the generation of entanglement without cavity, and permit multi-mode operation. Therefore, they can be used to carry out ultra-precise measurements and allow the possibility of exploring schemes hitherto unattainable by crystal-based Optical Parametric Oscillators (OPO) (with gains of 4 %). The OPO has been studied in situations above or below the threshold, but in the transition experimental results are rare. The results we obtained were compared with literature, and the next step is to use them in open cavities to construct an OPO that can be easily operated above or below the threshold, and to study the boundary between entangled vacuum and intense beams. In this system, it is expected to be observed non-Gaussian entangled states, and to be able to study its applications in information processing with continuous variables states of light.

Neste trabalho, apresentamos uma montagem experimental capaz de aprisionar átomos de K e Rb simultaneamente em uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Contudo, para atingir este feito foi necessário, durante o desenvolvimento do projeto, estudar cada espécie atômica de forma isolada. Assim, desenvolvemos uma técnica inédita para carregar uma armadilha de dipolo diretamente de uma armadilha magneto-óptica de 39K, constatando a importância da estrutura hiperfina do estado 4P3/2 no processo de carregamento. Também observamos e explicamos o processo de fotoassociação de Rb devido ao laser em 1071 nm, inclusive a diferença isotópica entre 85Rb e 87Rb. Na sequência, realizamos o carregamento duplo com K e Rb na armadilha e observamos a fotoassociação de KRb. Um modelo teórico simples prevê a distribuição dos níveis vibracionais obtidos. O mesmo modelo abre caminho para um possível bombeamento óptico para a produção e acúmulo de moléculas de KRb no estado X1Σ+ (v = 0). In this paper, we present an experimental setup to simultaneously trap atoms of K and Rb in a crossed optical dipole trap. This accomplishment required the individual study of each atomic species during the project development. This allowed the development of a new technique for loading a dipole trap directly from a magneto-optical trap of 39K, providing evidence of the importance of the hyperfine structure of the state 4P3/2 in the loading process. We also observe and explain the photoassociation process of Rb2 due to the dipole trap laser at 1071 nm, including an isotopic difference between 85Rb and 87Rb. In the sequence, we performed dual species loading of K and Rb and observed the photoassociation process of KRb. A simple theoretical model predicts the final distribution of vibrational levels obtained. The same model provides a potential path to optically pump the molecules and accumulate them in the molecular ground state X1Σ+ (v = 0) for KRb.

Apresentamos nesta tese a primeira geração direta de emaranhamento tripartite entre feixes intensos de luz. Medimos o emaranhamento entre os feixes sinal, complementar e bombeio refletido, produzidos por um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) operando acima do limiar de oscilação. A principal característica do nosso sistema é a diferença entre os comprimentos de onda dos campos (l0 = 532.251 nm, l1 = 1062.102 nm, e l2 = 1066.915 nm). Esta é a primeira medida de emaranhamento entre mais de dois subsistemas produzidos por uma única fonte no âmbito de variáveis contínuas. Para investigar a existência emaranhamento, utilizamos o critério de positividade sob transposição parcial (PPT). Este critério, aplicado a sistemas compostos por estados gaussianos, dispostos em bipartições do tipo 1×(N 1), torna-se necessário e suficiente na demonstração do emaranhamento. Realizamos também a caracterização do emaranhamento produzido quando submetemos os campos a perdas, identificando regiões de parâmetros onde os estados apresentam emaranhamento frágil ou robusto. A fim de garantir que estamos lidando com estados gaussianos, investigamos a estatística das flutuações dos campos, mostrando excelente acordo entre os valores dos momentos de ordem mais alta da fotocorrente medida e os valores esperados para uma distribuição gaussiana. O estudo que apresentamos é um passo importante para a elaboração de uma rede de informação quântica que possibilitará a comunicação entre diferentes sistemas físicos. We present in this thesis the first direct generation of tripartite entanglement among bright beams of light. We measured the entanglement among signal, idler and reflected pump beams, produced by an Optical Parametric Oscillator (OPO) operating above the threshold. The main feature of our system is the difference between the wavelengths of the fields (l0 = 532.251 nm, l1 = 1062.102 nm, e l2 = 1066.915 nm). This is the first measurement of entanglement among more than two subsystems produced by a single source, in a continuous variable system. In order to investigate the existence of entanglement, we applied the criterion of positivity under partial transposition (PPT). This criterion, applied to systems composed of Gaussian states, arranged in 1×(N1) bipartition, becomes necessary and sufficient to demonstrate entanglement. We also characterized the entanglement when the fields are submitted to losses, identifying regions of parameters where the states have fragile or robust entanglement. To ensure that we are dealing with Gaussian states, we investigate the statistics of the fields, showing excelent agreement among values of higher order moments of the photocurrent measured and expected values for a Gaussian distribution. The present study is an important step in the development of a quantum information network formed by different physical systems.