Emaranhamento de qubits de éxcitons de vale nos novos sistemas bidimensionais integrados em uma nanocavidade

Abstract

Neste trabalho analisamos a dinâmica dos qubits de éxcitons em três sistemas quânticos distintos, nos quais nos permitiu extrair várias informações relevantes, como a concorrência, que é o meio pelo qual é possível calcular o quanto que um sistema quântico está emaranhado. Éxcitons são quasipartículas compostas por um par elétron-buraco. São excelentes sistemas para serem usados como bits quânticos, pois sua neutralidade elétrica é extremamente vantajosa, tornando-os menos suscetíveis a decoerência devido a flutuações eletrostáticas em sua vizinhança. Nesse trabalho, propomos dois tipos de qubits de éxcitons: qubits de éxcitons brilhantes e qubits de éxcitons escuros . Primeiramente estudamos um sistema quântico aberto composto por dois vales povoados por éxcitons claros, em que foi mostrado que a concorrência em função do tempo sempre decai, ou seja, sempre alcançava estados estacionários nulos. Já no segundo estudo introduzimos ao primeiro sistema uma microcavidade bimodal, onde fora utilizado dois estados iniciais diferentes: O primeiro com os qubits de éxcitons em um estado não correlacionado, ou seja, não emaranhado, e os fótons da cavidade em um estado de Bell (estado maximamente emaranhado), já no segundo estado inicial, deixamos os qubit de éxcitons em um estado de Bell e os fótons da cavidade em um estado não correlacionado. Em seguida foram realizados cálculos pós-dinâmicos, como a separação das matrizes de densidade do sistema composto, e por fim calculamos a concorrência para o sistema excitônico. Com essa análise foi mostrado que a concorrência apresentou valores estacionários satisfatórios para o seu uso na Computação Quântica, mostrando que a cavidade introduzida ao sistema beneficiou o emaranhamento dos qubits de éxcitons. No terceiro estudo trabalhamos com um sistema de três níveis situados em um único vale, povoados por qubits de éxcitons claros e escuros, onde a motivação para ser trabalhar com essas últimas quasipartículas é o fato do tempo de vida radiativa serem muito maiores do que dos éxcitons claros , portanto, sua utilidade para a Computação Quântica é notável. No entanto, os éxcitons escuros são opticamente inativos, o que é um grande desafio a ser superado antes de qualquer tentativa de se tentar operá-los. Propomos um mecanismo empregando um campo magnético no plano da amostra para tornar os éxcitons escuros brilhantes. Demonstramos também que a emissão de éxcitons escuros pode ser efetivamente controlada pela magnitude e orientação do campo magnético aplicado. Ainda em relação ao último sistema, encontramos as soluções estacionárias analíticas, como também correlacionamos as equações de movimento obtidas através da Equação Mestre de Lindblad com as equações obtidas usando o formalismo das equações de taxas.