Quantum transport and interference in mesoscopics systems

Caracterizar y manipular los estados cuánticos es una tarea esencial para el avance de la tecnología relacionada con el desarrollo de la electrónica de pequeña escala y la computación cuántica. La generación y manipulación de estados, son la base para realizar cualquier procesamiento cuántico de la información. El objetivo general de esta tesis es el de investigar sistemas eléctricamente controlables, de interés para aplicaciones de espintrónica y computación cuántica. Con este fin, presentamos un estudio sobre las propiedades del transporte en una serie de sistemas mesoscópicos. Para ello, utilizamos el formalismo de funciones de Green fuera del equilibrio (también conocido como de Kadanoff-Baym-Schwinger-Keldysh). En una primera parte, estudiamos un anillo de Aharonov-Bohm unidimensional, como mediador de entrelazamiento de dos partículas entre reservorios de electrones libres. Allí vemos como las correlaciones de corriente entre los distintos reservorios sirven, en determinadas circunstancias, para estimar el grado de entrelazamiento orbital. En la segunda parte de esta tesis, presentamos un modelo de un aislador topológico bidimensional donde los estados de borde son helicoidales y están protegidos por la simetría de reversión temporal. Estudiamos el comportamiento de la corriente en presencia de contactos puntuales que favorezcan el paso de partículas entre distintos canales y vemos como el ruido de frecuencia cero permite estimar la presencia o ausencia de procesos de salto entre canales con distinto espín. Mostramos que, a partir de dos contactos puntuales, es posible construir un interferómetro con estados de borde. Por último, analizamos la posibilidad de generar procesos efectivos de salto entre los distintos estados de borde a partir del acoplamiento con un 'anti-punto' cuántico.To characterize and manipulate quantum states is essential for technological developments related to small-scale electronics and quantum computing. The generation and manipulation of states are the basis for any quantum information processing. The main objective of this thesis is to investigate electrically controllable systems of interest for applications in spintronics and quantum computing. To this end, we present a study of the transport properties of a series of mesoscopic systems. We use the formalism of Green's functions out of equilibrium (also known as Kadanoff-Baym-Schwinger-Keldysh techniques). In the first part, we study a one-dimensional ring that mediates the two-particle entanglement in free electrons reservoirs. Here we see that the current correlations between different reservoirs serve, in certain circumstances, to estimate the degree of orbital entanglement. In the second part of this thesis, we present a model of a two-dimensional topological insulator where helical edge states are protected by time reversal symmetry. We study the behavior of the current in the presence of point contacts that favor the hopping of particles between different channels and use the zero-frequency noise to estimate the presence or absence of spin- ip hopping in real setups. We show that, for two quantum point contacts, it is possible to construct an interferometer with edge states. Finally, we discuss the possibility of creating effective spin-flip processes between different edge states from the coupling with a quantum anti-dot.Fil:Rizzo, Bruno. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina