Caracterización del espectro de entrelazamiento de sistemas fotónicos

Abstract

In this work, we conduct a comprehensive theoretical review of the Dicke model from the perspective of quantum optics, complemented by simulations to analyze the entanglement properties of the system. Our primary objective is to characterize the entanglement spectrum and understand its relationship with the energy spectrum, aiming to establish a possible mapping between them. To achieve this, we present a detailed examination of the features of both spectra and systematically compare them. Our analysis includes investigating the dependence of the entanglement spectrum on various system parameters, such as atom-field coupling strength and the number of atoms. By employing advanced numerical techniques, we generate simulations that provide insights into the behavior of the system under different conditions. Our results reveal a significant relationship between the entanglement spectrum and the energy spectrum, highlighting how changes in one spectrum reflect corresponding changes in the other. This correlation not only provides a clearer and deeper understanding of the entanglement properties in the Dicke model but also suggests new avenues for exploring quantum phase transitions and collective phenomena in light-matter interactions. Furthermore, the findings enhance our comprehension of how entanglement, a quintessential resource in quantum information science, manifests in the Dicke model. This understanding could potentially inform the development of new quantum technologies and improve the manipulation of quantum states in practical applications.

En este trabajo, realizamos una revisión teórica exhaustiva del modelo de Dicke desde la perspectiva de la óptica cuántica, complementada con simulaciones para analizar las propiedades de entrelazamiento del sistema. Nuestro objetivo principal es caracterizar el espectro de entrelazamiento y comprender su relación con el espectro de energía, con el fin de establecer un posible mapeo entre ambos. Para lograr esto, presentamos un examen detallado de las características de ambos espectros y los comparamos sistemáticamente. Nuestro análisis incluye investigar la dependencia del espectro de entrelazamiento en varios parámetros del sistema, como la intensidad del acoplamiento átomo-campo y el número de átomos. Mediante el uso de técnicas numéricas avanzadas, generamos simulaciones que proporcionan información sobre el comportamiento del sistema en diferentes condiciones. Nuestros resultados revelan una relación significativa entre el espectro de entrelazamiento y el espectro de energía, destacando cómo los cambios en un espectro reflejan cambios correspondientes en el otro. Esta correlación no solo proporciona una comprensión más clara y profunda de las propiedades de entrelazamiento en el modelo de Dicke, sino que también sugiere nuevas vías para explorar transiciones de fase cuántica y fenómenos colectivos en interacciones luz-materia. Además, los hallazgos mejoran nuestra comprensión de cómo el entrelazamiento, un recurso esencial en la ciencia de la información cuántica, se manifiesta en el modelo de Dicke. Esta comprensión podría significar potencialmente el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas y mejorar la manipulación de estados cuánticos en aplicaciones prácticas.