“Tin-Can Telephone” Connects Two Ions

Two separate teams have demonstrated a way to couple two ions through a metal wire, offering a way to remotely cool ions.Fil: Schmiegelow, Christian Tomás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentin

Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography

Several schemes have been proposed to extend Quantum Key Distribution protocols aiming at improving their security or at providing new physical substrates for qubit implementation. We present a toolbox to jointly create, manipulate and measure qubits stored in polarization and transverse-modes degrees of freedom of single photons. The toolbox includes local operations on single qubits, controlled operations between the two qubits and projective measurements over a wide variety of non-local bases in the four dimensional space of states. We describe how to implement the toolbox to perform an extended version of the BB84 protocol for this Hilbert space (ideally transmitting two key bits per photon). We present the experimental implementation of the measurement scheme both in the regimes of intense light beams and with single photons. Thus, we show the feasibility of implementing the protocol providing an interesting example of a new method for quantum information processing using the polarization and transverse modes of light as qubits.Comment: 9 pages, 7 figures, 5 table

Polarization vs. magnetic field: competing eigenbases in laser-driven atoms

We present experimental results and a theoretical model that illustrate how competing eigenbases can determine the dynamics of a fluorescing atom. In the absence of a magnetic field, the atom can get trapped in a dark state, which inhibits fluorescence. In general, this will happen when the magnetic degeneracy of the ground state is greater than the one of the excited state. A canonical way to avoid optical pumping to dark states is to apply a magnetic field at an angle with respect to the polarization of the exciting light. This generates a competition of eigenbases which manifests as a crossover between two regimes dominated either by the laser or the magnetic field. We illustrate this crossover with fluorescence measurements on a single laser-cooled calcium ion in a Paul trap and find that it occurs at a critical laser intensity that is proportional to the external magnetic field. We contrast our results with numerical simulations of the atomic levels involved and also present a simple theoretical model that provides excellent agreement with experimental results and facilitates the understanding of the dynamics.Comment: 7 pages, 5 figure

Experimental verification of position-dependent angular-momentum selection rules for absorption of twisted light by a bound electron

We analyze the multipole excitation of atoms with twisted light, i.e, by a vortex light field that carries orbital angular momentum. A single trapped 40Ca+ ion serves as a localized and positioned probe of the exciting field. We drive the transition and observe the relative strengths of different transitions, depending on the ion's transversal position with respect to the center of the vortex light field. On the other hand, transition amplitudes are calculated for a twisted light field in form of a Bessel beam, a Bessel-Gauss and a Laguerre-Gauss mode. Analyzing experimental obtained transition amplitudes we find agreement with the theoretical predictions at a level of better than 3%. Finally, we propose measurement schemes with two-ion crystals to enhance the sensing accuracy of vortex modes in future experiments.Fil: Afanasev, Andrei. The George Washington University; Estados UnidosFil: Carlson, Carl E.. College of William and Mary; Estados UnidosFil: Schmiegelow, Christian Tomás. Johannes Gutenberg University Mainz. Institute of Physics; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Schulz, Jonas. Johannes Gutenberg University Mainz. Institute of Physics; AlemaniaFil: Schmidt-kaler, Ferdinand. Johannes Gutenberg University Mainz. Institute of Physics; AlemaniaFil: Solyanik, Maria. The George Washington University; Estados Unido

Self-mixing laser vibrometer with resolution in the micro and nano meters scale

Se describe el desarrollo de un interferómetro capaz de medir vibraciones sin contacto. Los resultados obtenidos demuestran su capacidad para medir desplazamientos micrómetricos y/o nanómetricos, sin la necesidad de estabilizar el láser. Si bien existen múltiples técnicas para llevar a cabo este objetivo, en este caso se utiliza una técnica cuya principal virtud es el bajo conteo de componentes y la capacidad de auto-alinearse. La técnica que describimos se basa en el efecto que produce la realimentación óptica en un diodo láser y la utilización de referencias internas para el calibrado.We present the development of an interferometer capable of making contactless measurements of vibrations. The results show the we achieve micro- and/or nano-metric measurements without the stabilization of the laser. While there are multiple techniques to achieve this objective, in this case we use a method whose main virtue is the low component count and the self-alignment capacity. The method is based on the optical feedback effect in a laser diode which relies on the use of an internal reference for calibration.Fil: Filgueira, Lautaro Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Schmiegelow, Christian Tomás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentin

Observation of atmospheric scintillation during the 2020 total eclipse in northern Patagonia

During the December 2020 total eclipse we registered time resolved light measurements of incident solar light with VIS-NIR photodiodes in northern Patagonia. Signals compatible with the observation of shadow bands in the 200 s before and after totality were observed. A strong increase in the normalized noise spectral densities of recorded incident radiation near totality suggests the presence of shadow bands. Originally high-altitude balloon measurements and spatial correlation ground measurements were planned, but the harsh climate conditions limited the campaign?s results.Fil: Schmiegelow, Christian Tomás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Drechsler, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Filgueira, Lautaro Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Nuñez Barreto, Nicolás Adrián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Meconi, Franco. No especifíca

Photonic experiments on selective efficient quantum process tomography

Esta tesis presenta la primer demostración experimental de un nuevo método para caracterizar la evolución de sistemas cuanticos de un modo eficiente y selectivo. Es el resultado de una colaboración entre teóricos y experimentales en la busqueda de métodos que permitan caracterizar, controlar y entender el comportamiento de sistemas cuanticos con el objetivo de poder realizar tareas de información cuantica. Esta dividida en dos partes. En la primer parte se desarrollan las bases experimentales y describe el armado del laboratorio. Las técnicas experimentales utilizadas y las ideas fundamentales relacionadas con el uso de fotones como objetos capaces de procesar información cuantica son descriptas. La segunda parte primero revee distintos métodos de tomografía de procesos cuanticos con especial enfasis en el método que implementamos experimentalmente por primera vez: tomografía de procesos cuanticos selectiva y eficiente. Finalmente, se describe la impementación experimental de este nuevo método en sistemas de uno y dos qubits. Las diferentes evoluciones estudiadas presentan clara evidencia de su perfomance robusta en la determinación de propiedades de un sistema de un modo eficiente y selectivo