Quantum nonlinear optics using single atom

[ANGLÈS] In this thesis we tried to investigate the non-linear effects introduced by a generalized interaction of a two-level atom coupled to two photons. Scattering matrices were used to calculate the non-linear effects introduced and the dependence of outgoing frequencies of quantum light on these effects was found. It was seen as quite opposed to typical classical theories, that the non-linear susceptibility for an atom dictates very precise output frequencies from it. As a next step this work probes into quantum computing in which the two-photon bound state problem was mathematically established to show that a single two-level atom cannot be used in realization of non-linear logical operations in quantum computations. In the end a possible intuitive solution, involving dissimilar decay rates in three level systems, was thought of and shown that it can be effectively applied to quantum logic.[CASTELLÀ] En esta tesis hemos tratado de investigar los efectos no lineales introducidos por una interacción generalizada de un átomo de dos niveles acoplado a dos fotones. Matrices de dispersión se utilizaron para calcular los efectos no lineales introducidos y fue encontrada la dependencia de las frecuencias de salida de luz cuántica de estos efectos. Fue visto como totalmente opuesta a las típicas teorías clásicas, que la susceptibilidad no lineal para un átomo determina de una forma muy precisa las frecuencias de salida. Como paso siguiente este trabajo sondea en la computación cuántica en el que se estableció el problema de dos fotones estado ligado matemáticamente para mostrar que un solo átomo de dos niveles no se puede utilizar en la realización de operaciones no lineales lógicas en cálculos cuánticos. Al final, una posible solución intuitiva, relativa a tipos diferentes de descomposición en tres sistemas de nivel, fue pensada y demostrada que puede ser efectivamente aplicada a una lógica cuántica.[CATALÀ] En aquesta tesi hem intentat investigar els efectes no lineals introduïts per una interacció generalitzada d'un àtom de dos nivells acoblat a dos fotons. Es van utilitzar matrius de dispersió per calcular els efectes no lineals introduïts i es va trobar la dependència de les freqüències de sortida de llum quàntica d'aquests efectes. Va ser vist com totalment oposada a les típiques teories clàssiques, que la susceptibilitat no lineal per a un àtom determina d'una forma molt precisa les freqüències de sortida. Com a pas següent aquest treball sondeja en la computació quàntica en què es va establir que el problema de dos fotons està lligat matemàticament per mostrar que un sol àtom de dos nivells no es pot utilitzar en la realització d'operacions no lineals lògiques en càlculs quàntics. Al final, una possible solució intuïtiva, relativa a tipus diferents de descomposició en tres sistemes de nivell, va ser pensat i demostrat que pot ser efectivament aplicat a una lògica quàntica