The field of light-matter interactions is rapidly becoming a vital part of the research in quantum information, quantum optics and condensed matter physics. The light-matter interaction is a fundamental component of our understanding of the physical world. Understanding the quantum processes of light-matter interaction is very crucial for developing quantum systems for advancing quantum technology. The systems with light-matter interaction have varying characteristics depending on various parameters of the system. In this thesis, we explore the dynamics and applications of Ultra-Strong Coupling (USC) in open quantum systems for advancing quantum technology. Our research investigates the interaction between light and matter in regimes where the coupling strength exceeds the typical decay rates of the system components, leading to novel phenomena with significant implications for quantum information processing and communication. The core part of this work focuses on probing USC in open quantum systems, employing theoretical analysis and experimental techniques to characterize the dynamics of light-matter interactions under ultra-strong coupling conditions. The investigation extends to the production of photons in the USC regime, exploring avenues for converting virtual photons into real ones, and its detection with unprecedented efficiency and fidelity.

Il campo delle interazioni luce-materia è una parte vitale della ricerca nell'informazione quantistica, nell'ottica quantistica e nella fisica della materia condensata. L'interazione luce-materia è una componente fondamentale della nostra comprensione del mondo fisico. Comprendere i processi quantistici dell'interazione luce-materia è cruciale per sviluppare sistemi quantistici avanzati per la tecnologia quantistica. I sistemi con interazione luce-materia hanno caratteristiche variabili a seconda di vari parametri del sistema. In questa tesi, esploriamo le dinamiche e le applicazioni dell'Accoppiamento Ultra-Forte (USC) in sistemi quantistici aperti per l'avanzamento della tecnologia quantistica. La nostra ricerca indaga l'interazione tra luce e materia in regimi in cui la forza di accoppiamento supera i rate di evoluzione tipici dei componenti del sistema, portando a fenomeni nuovi con implicazioni significative per l'elaborazione e la comunicazione dell'informazione quantistica. La parte centrale di questo lavoro si concentra sull'esplorazione dell'USC in sistemi quantistici aperti, impiegando analisi teoriche e tecniche sperimentali per caratterizzare le dinamiche delle interazioni luce-materia in condizioni di accoppiamento ultra-forte. L'indagine si estende alla produzione di fotoni nel regime USC, esplorando vie per convertire fotoni virtuali in reali e la loro rilevazione con efficienza e fedeltà senza precedenti.

Accoppiamento ultra-forte in sistemi quantistici aperti per le tecnologie quantistiche / Rajendran, Jishnu. - (2024 Jul 30).

Accoppiamento ultra-forte in sistemi quantistici aperti per le tecnologie quantistiche

RAJENDRAN, JISHNU
2024-07-30

Abstract

The field of light-matter interactions is rapidly becoming a vital part of the research in quantum information, quantum optics and condensed matter physics. The light-matter interaction is a fundamental component of our understanding of the physical world. Understanding the quantum processes of light-matter interaction is very crucial for developing quantum systems for advancing quantum technology. The systems with light-matter interaction have varying characteristics depending on various parameters of the system. In this thesis, we explore the dynamics and applications of Ultra-Strong Coupling (USC) in open quantum systems for advancing quantum technology. Our research investigates the interaction between light and matter in regimes where the coupling strength exceeds the typical decay rates of the system components, leading to novel phenomena with significant implications for quantum information processing and communication. The core part of this work focuses on probing USC in open quantum systems, employing theoretical analysis and experimental techniques to characterize the dynamics of light-matter interactions under ultra-strong coupling conditions. The investigation extends to the production of photons in the USC regime, exploring avenues for converting virtual photons into real ones, and its detection with unprecedented efficiency and fidelity.
30-lug-2024
Il campo delle interazioni luce-materia è una parte vitale della ricerca nell'informazione quantistica, nell'ottica quantistica e nella fisica della materia condensata. L'interazione luce-materia è una componente fondamentale della nostra comprensione del mondo fisico. Comprendere i processi quantistici dell'interazione luce-materia è cruciale per sviluppare sistemi quantistici avanzati per la tecnologia quantistica. I sistemi con interazione luce-materia hanno caratteristiche variabili a seconda di vari parametri del sistema. In questa tesi, esploriamo le dinamiche e le applicazioni dell'Accoppiamento Ultra-Forte (USC) in sistemi quantistici aperti per l'avanzamento della tecnologia quantistica. La nostra ricerca indaga l'interazione tra luce e materia in regimi in cui la forza di accoppiamento supera i rate di evoluzione tipici dei componenti del sistema, portando a fenomeni nuovi con implicazioni significative per l'elaborazione e la comunicazione dell'informazione quantistica. La parte centrale di questo lavoro si concentra sull'esplorazione dell'USC in sistemi quantistici aperti, impiegando analisi teoriche e tecniche sperimentali per caratterizzare le dinamiche delle interazioni luce-materia in condizioni di accoppiamento ultra-forte. L'indagine si estende alla produzione di fotoni nel regime USC, esplorando vie per convertire fotoni virtuali in reali e la loro rilevazione con efficienza e fedeltà senza precedenti.
Quantum Technology; Open Quantum Systems; Photon pair production; Ultrastrong light-matter coupling; Quantum computing; Quantum communication; Stimulated Raman Adiabatic Passage; Superconducting architectures; Quantum simulation; Quantum information
Tecnologia quantistica; Sistemi quantistici aperti; Produzione di coppie di fotoni; Accoppiamento luce-materia ultra-forte; Calcolo quantistico; Comunicazione quantistica; Architetture superconduttrici; STIRAP; Simulazione quantistica; Informazione quantistica
Accoppiamento ultra-forte in sistemi quantistici aperti per le tecnologie quantistiche / Rajendran, Jishnu. - (2024 Jul 30).
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.11769/641515
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