Topological phases generated with single photons entangled in polarization and momentum

El entrelazamiento puede abordarse desde dos perspectivas diferentes: como un recurso esencial para las tecnologías cuánticas y como un fenómeno fundamental que está íntimamente relacionado con nuestra comprensión de la naturaleza misma. Por otro lado, la teoría cuántica se formula en el marco teórico de los espacios de Hilbert, para los que el entrelazamiento juega un papel importante en la determinación de su geometría y topología. Las características topológicas que puedan exhibirse al utilizar estados entrelazados son largamente independientes de la realización física particular del entrelazamiento: puede afectar a un solo grado de libertad poseído por dos partículas diferentes, o bien puede implicar dos grados diferentes de libertad que se cohesionan a una misma partícula o entidad física, por ejemplo, un campo electromagnético. Resulta que la manipulación de los grados de libertad de polarización y momentum (camino) ya sea de forma independiente el uno del otro o mediante la aplicación de evoluciones unitarias no separables es muy versátil. Con esto en mente, la presente tesis apunta hacia el diseño e implementación de arreglos experimentales que se pueden utilizar para estudiar fases geométricas y topológicas en sistemas de dos qubits mediante el uso de los grados de libertad de momentum (camino) y polarización de un solo fotón. Finalmente mostramos el diseño de un experimento, apuntado a exhibir la fase topológica, y los resultados obtenidos.Tesi

Superradiance and its decoherence due to long-range Rydberg atom pair-interactions

This work reports on the real-time detection of internal-state dynamics of cold 87Rb atoms being excited to the 30D5/2 Rydberg state via two-photon excitation. A mesoscopic cloud of atoms is overlapped with the mode volume of a confocal optical cavity and optically pumped by two laser beams transverse to the cavity axis. The excitation to Rydberg states changes the collective atom-cavity coupling, which is detected by monitoring the light transmitted through the cavity while being weakly driven. In addition to the damped coherent excitation dynamics and the decay back to the ground state, the data shows a superradiant enhancement of the black-body radiation induced transitions from the 30D5/2 state to neighboring Rydberg states. Furthermore, they show a density dependent mitigation of the superradiant decay which is attributed to long range dipole-dipole interactions between atoms in the involved Rydberg states. These results contribute to solving a recent controversy on the interplay between BBR-induced superradiance and Rydberg atom interactions