Roteamento atômico em um modelo quântico de quatro poços

Abstract

A capacidade de controlar e prever com precisão a evolução dos estados quânticos é um requisito fundamental para o avanço das tecnologias quânticas. Nesta dissertação, desenvolvemos protocolos ajustáveis de roteamento atômico baseados em um modelo integrável de bósons dipolares confinados em um potencial de quatro poços com configuração em estrela. Ao ajustar os parâmetros do sistema, identificamos um regime dinâmico harmônico da população atômica que pode ser tratado analiticamente, fornecendo uma descrição completa do comportamento do sistema para manipulação precisa. Demonstramos três modos independentes de controle sobre a dinâmica da população atômica sob a ação de um campo externo: ajuste de frequência através da variação da intensidade do campo, comutação direcional através do deslocamento espacial do campo e modulação de amplitude variando sua duração. Esses modos operam sob duas configurações distintas: uma fonte e dois drenos, e, em ordem inversa, duas fontes e um dreno. Esses casos emulam, respectivamente, um demultiplexador atômico 1:2 e um multiplexador 2:1. Nossos resultados podem contribuir para o desenvolvimento de mecanismos de controle no projeto de dispositivos quânticos.

The ability to accurately control and predict the evolution of quantum states is a fundamental requirement for the advancement of quantum technologies. In this dissertation, we develop adjustable atomic routing protocols based on an integrable model of dipolar bosons confined in a four-well potential with a star configuration. By adjusting the system parameters, we identify a harmonic dynamic regime of the atomic population that can be treated analytically, providing a complete description of the system’s behavior for precise manipulation. We demonstrate three independent control modes over the atomic population dynamics under the action of an external field: frequency tuning by varying the field intensity, directional switching through the spatial displacement of the field, and amplitude modulation by varying its duration. These modes operate under two distinct configurations: one source and two drains, and, in reverse order, two sources and one drain. These cases emulate, respectively, a 1:2 atomic demultiplexer and a 2:1 multiplexer. Our results can contribute to the development of control mechanisms in the design of quantum devices.