Phase Stabilization of a Frequency Comb using Multipulse Quantum Interferometry

From the interaction between a frequency comb and an atomic qubit, we derive quantum protocols for the determination of the carrier-envelope offset phase, using the qubit coherence as a reference, and without the need of frequency doubling or an octave spanning comb. Compared with a trivial interference protocol, the multipulse protocol results in a polynomial enhancement of the sensitivity O(N^{-2}) with the number N of laser pulses involved. We present specializations of the protocols using optical or hyperfine qubits, Lambda-schemes and Raman transitions, and introduce methods where the reference is another phase-stable cw-laser or frequency comb

Entanglement, fractional magnetization and long-range interactions

Based on the theory of Matrix Product States, we give precise statements and complete analytical proofs of the following claim: a large fractionalization in the magnetization or the need of long-range interactions imply large entanglement in the state of a quantum spin chain.Comment: 11 pages, 1 figur

Emergent Causality and the N-photon Scattering Matrix in Waveguide QED

In this work we discuss the emergence of approximate causality in a general setup from waveguide QED -i.e. a one-dimensional propagating field interacting with a scatterer. We prove that this emergent causality translates into a structure for the N-photon scattering matrix. Our work builds on the derivation of a Lieb-Robinson-type bound for continuous models and for all coupling strengths, as well as on several intermediate results, of which we highlight (i) the asymptotic independence of space-like separated wave packets, (ii) the proper definition of input and output scattering states, and (iii) the characterization of the ground state and correlations in the model. We illustrate our formal results by analyzing the two-photon scattering from a quantum impurity in the ultrastrong coupling regime, verifying the cluster decomposition and ground-state nature. Besides, we generalize the cluster decomposition if inelastic or Raman scattering occurs, finding the structure of the S-matrix in momentum space for linear dispersion relations. In this case, we compute the decay of the fluorescence (photon-photon correlations) caused by this S-matrix

Entrelazamiento y correlaciones en sistemas cuánticos de muchos cuerpos

Los sistemas cuánticos de muchos cuerpos ofrecen numerosos retos para diversos campos de la física y las matemáticas, como la materia condensada, la teoría de la información cuántica, la teoría de operadores o el análisis numérico. Algunos de estos problemas surgen de la gran complejidad de estos sistemas, que di culta su estudio mediante métodos clásicos, así como del interés de la comunidad científica por comprender sus propiedades físicas, tales como la dinámica, estructura de correlaciones o comportamiento tanto dentro como fuera del equilibrio. Entre las propiedades mas interesantes de estos sistemas se encuentra el entrelazamiento,un cierto tipo de correlación cuántica que carece de análogo en sistemas clásicos y que se ha establecido como un recurso imprescindible en los campos de la información y computación cuántica.La presente tesis doctoral profundiza en el estudio de correlaciones, localidad y entrelazamiento en sistemas cuánticos. En particular, se enfoca en herramientas matemáticas como redes de tensores, cotas de Lieb-Robinson y algoritmos cuánticos, para obtener resultados originales, tanto analíticos como numéricos,de aplicación directa en teoría de la información cuántica, materia condensada y metrología cuántica..