Incerteza e informação quântica no modelo de superradiância de Dicke

Abstract

No presente trabalho, a capacidade de um tipo especial de medida de informação e coerência quântica, a Informação de Wigner-Yanase (IWY), é usada para caracterizar o fenômeno de superradiância de Dicke. Mostra-se que a medida de incerteza quântica sobre a população de cada emissor é proporcional à potência de correlação, que é a parte da potência total emitida oriunda das correlações de dipolos e responsável pela liberação em um curto período de tempo da energia emitida. Também mostra-se que a medida de correlações conhecida por incerteza quântica local, que é uma minimização da IWY sobre todos os operadores locais de interesse, apresenta mudanças súbitas duplas induzidas pelo ambiente. A janela de intervalo entre as mudanças duplas é usada para se definir o intervalo em que os observáveis globais simétricos se comportam de modo clássico para o número de átomos N?8, embora os emissores permaneçam fortemente correlacionados de maneira quântica. Em uma segunda parte, investiga-se o mesmo fenômeno de superradiância de Dicke através de medidas entrópicas de informação e incerteza. Obtém-se uma expressão algébrica para a quantidade de informação mútua quântica em função das populações dos estados simétricos e de coeficientes binomiais B_(N,n_e ). Finalmente, foi obtida uma expressão para a entropia quântica H_Q de um observável particular do sistema, a permutação n_(e,l), em termos de um valor esperado de um operador ?log?_2 (B_(N,n_e )), que tem estados de Dicke com N átomos e n_e excitações como autoestados, com autovalores dados por ?log?_2 (B_(N,n_e )). Tais autovalores podem ser devidamente comparados com as contribuições para a potência de correlação dos estados simétricos.

Abstract : In this work, the capacity of a special type of quantification of quantum information and coherence, Wigner-Yanase skew information(WYSI), is used to characterize the Dicke superradiance phenomenon. The quantum uncertainty on the population of each emitter of the sample captured by the WYSI is shown to be proportional to the correlation radiation rate, which is the part of the total radiated power coming from dipole correlations and responsible for releasing in a short time a great intensity of radiation energy. It is also shown that the correlation measure called local quantum uncertainty, which is the minimization of the WYSI over all local observables of interest, presents a double sudden change induced by the environment. The time window between these two sudden changes is used to define the interval in which symmetric global observables of the system behave classically for the number of atoms N?8, although the emitters remain strongly quantum correlated. In a second part, we investigated the same physical phenomenon with the use of entropic measures of information and uncertainty. An algebraic expression is obtained for the mutual quantum information as function of the populations of the symmetric states and binomial coefficients B_(N,n_e ). Finally, an expression is obtained for the quantum entropy H_Q of a special observable of the system, the permutation n_(e,l), as function of an expectation value of an operator ?log?_2 (B_(N,n_e )) that has Dicke states with N atoms and n_e excitations as eigenstates with eigenvalues ?log?_2 (B_(N,n_e )). Such eigenvalues can be properly compared to the contributions to the correlation power of the symmetric states.