Quantum electrodynamics in topological waveguides

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada. Fecha de Lectura: 06-06-2025

Detalhes bibliográficos
Autor: Vega García, Carlos
Formato: tesis doctoral
Fecha de publicación:2025
País:España
Recursos:Universidad Autónoma de Madrid
Repositorio:Biblos-e Archivo. Repositorio Institucional de la UAM
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:repositorio.uam.es:10486/742880
Acesso em linha:https://hdl.handle.net/10486/742880
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Electrodínamica
Física Cuántica
Ondas topológicas
Física
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Estos estados exhiben comportamientos no convencionales: sorprendentemente, son inmunes al dispersión si el sistema está desordenado, una propiedad deseable para aplicaciones en procesamiento de información cuántica. Una dirección reciente de investigación combina el estudio de las fases topológicas y la ciencia de la luz: la \emph{fotónica topológica}, que dedicada a explorar análogos fotónicos de los aislantes topológicos. En esta tesis, estamos particularmente interesados en \emph{guías de onda}, materiales fotónicos con una estructura de bandas bien definida que puede ser topológicamente no trivial. El objetivo principal de esta tesis es estudiar fenómenos relacionados con tales escenarios de guías de onda topológicas que difieren significativamente del comportamiento de guías de onda convencionales. Esta tesis se presenta en tres partes principales. En la primera, estudiamos el acoplamiento de un emisor cuántico a una guía de onda unidimensional que muestra cuatro estructuras de bandas topológicamente inequivalentes. En este escenario, exploramos los \emph{estados ligados átomo-fotón}, estados híbridos de luz y materia que surgen cuando el emisor no puede decaer espontáneamente. Establecemos una conexión entre la forma espacial de estos estados y la configuración topológica de la estructura de bandas, vinculándola a los estados en el borde del modelo. Estos resultados sugieren que los estados ligados átomo-fotón heredan propiedades de protección topológica, una hipótesis que estudiamos en detalle. Luego, exploramos las huellas dinámicas del invariante topológico acoplando el emisor al extremo de la guía de onda, permitiéndole interactuar con los estados en el borde topológicos. En la segunda parte, exploramos el acoplamiento de un emisor al borde de una red fotónica bidimensional. En particular, consideramos un análogo fotónico del efecto Hall cuántico, descrito por un modelo bidimensional de tight-binding en el que los fotones experimentan un campo magnético artificial implementado mediante una fase de Peierls en los acoplos de la red. En este modelo, mostramos que podemos encontrar bandas planas con un valor arbitrario del número de Chern, que está relacionado con el número de modos en el band-gap que se propagan direccionalmente a lo largo del borde de la red. Demostramos que los emisores pueden acoplarse a estos modos, lo que lleva a una emisión espontánea quiral protegida contra la dispersión. Además, mostramos que la emisión espontánea de un solo emisor genera entrelazamiento de una sola partícula entre los modos topológicos debido a la presencia de múltiples modos en el borde. También mostramos que los acoplamientos no locales pueden acoplar selectivamente al emisor a uno o más de estos modos. Finalmente, en la última parte de la tesis, investigamos fases topológicas disipativas bombeadas en sistemas cuánticos. Acoplando una red de cavidades a una guía de onda multi-modo quiral, exploramos el fenómeno de amplificación topológica, un efecto que consiste en la ganancia direccional de una señal de entrada que ocurre cuando un cierto invariante topológico es diferente de cero. Mostramos que, en este sistema, el invariante puede tomar valores mayores que $1$, lo que se manifiesta en la presencia de múltiples canales de amplificación, y demostramos que la amplificación puede ocurrir si las cavidades son bombeadas paramétricamente. Para concluir, conectamos el fenómeno de amplificación con una forma de dinámica metaestableGonzález Tudela, AlejandroPorras Torre, DiegoDepartamento de Física de la Materia CondensadaFacultad de CienciasGarcía González, Pablo20252025-06-06doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06AOhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/10486/742880reponame:Biblos-e Archivo. Repositorio Institucional de la UAMinstname:Universidad Autónoma de MadridInglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:repositorio.uam.es:10486/7428802026-06-23T12:46:27Z
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