Estudio de la dinámica colectiva de una red atómica excitada: cálculo del espectro de energías mediante computación cuántica

Abstract

En este trabajo se estudian los fenómenos de desexcitación espontánea que ocurren en sistemas con un gran número de átomos excitados. Primero se explica este fenómeno a partir de los estudios realizados por Dicke, quien describió por primera vez ese fenómeno cuántico, donde se proporcionan una manera de clasificar y ordenar los estados del sistema según su tasa de desexcitación. Después, se estudia la aparición de fenómenos de desexcitación en redes atómicas lineales. Seguidamente, se calcula de forma analítica la tasa de desexcitación del estado simétrico en una red triatómica en dos configuraciones espaciales: átomos dispuestos en fila, y átomos dispuestos en los vértices de un triángulo equilátero. Como resultado de este cálculo, se demuestra que la tasa de decaimiento coincide con la predicha por Dicke solo en el caso de la disposición triangular. Por último, para complementar el estudio de los estados colectivos, se estima la energía del estado superradiante de una red pentatómica mediante un algoritmo variacional implementado en un ordenador cuántico. Solo se obtuvieron resultados precisos cuando se ejecutó en un simulador ideal, aunque se proponen mejoras en el tratamiento del ruido derivado de la ejecución en un ordenador real.