BARBOSA, Daniel Felinto Pires, também é conhecido em citações bibliográficas por: FELINTO, DanielIn this thesis, two optical systems that generate non-classical states of light were studied: a triply resonant Optical Parametric Oscillator (OPO) operating above the threshold and a cold atomic ensemble of neutral 87Rb atoms obtained from a magneto-optical trap. The main idea in both cases is to prepare entangled states for future use in quantum information protocols. In relation to the OPO, experimental measurements of the complete quantum state for six modes of the electromagnetic field produced by this system are theoretically explained. The investigation involves the sidebands of the intense pump, signal and idler fields generated by stimulated parametric down-conversion inside the resonator. The model takes into account the coupling of the field modes with the phonon bath of the nonlinear crystal, clearly showing the roles of different physical effects in shaping the structure of the quantum correlations between the six optical modes. Moreover, it is theoretically and experimentally studied how these modes are entangled to one another using the positive partial transpose criterion in the continuous variables regime. It was found that the hexapartite entanglement in this system can be thought of as being generated by a combination of two-mode squeezers and beam splitter Hamiltonians acting on six different colors of light. On the other hand, in relation to the cold atomic ensemble, a "write-read" scheme inspired by the Duan-Lukin-Cirac-Zoller (DLCZ) protocol for long-distance quantum communication was implemented in order to experimentally generate an entangled state between individual photons of a mode of the electromagnetic field and atomic excitations in a particular collective mode. By performing photon statistics analysis it was possible to determine that the quantum state of the system corresponds to an entangled two-mode squeezed vacuum state, as expected from the theory. In the experiments, either one or two excitations are initially stored in the atomic medium, which acts as a quantum memory, and are subsequently mapped to one or two photons, respectively. Moreover, measurements and theoretical modeling of the photonic wave packets were realized, observing an acceleration in the photon emission due to the collective nature of the atomic state, a phenomenon known as superradiance. Such progress opens the way to the study and future control of the interaction of non-classical light modes with collective quantum memories at higher photon numbers.CNPqNesta tese foram estudados dois sistemas óticos geradores de estados da luz não clássicos: um oscilador paramétrico ótico (OPO) triplamente ressonante que opera acima do limiar e um ensamble atômico frio de átomos de 87Rb neutros obtido a partir de uma armadilha magneto-ótica. A ideia principal em ambos os casos é preparar estados emaranhados para uso futuro em protocolos de informação quântica. Em relação ao OPO, medições experimentais do estado quântico completo, para os seis modos do campo eletromagnético produzido por este sistema, são explicadas teoricamente. A investigação envolve as bandas laterais dos campos de bombeio, sinal e complementar gerados por conversão paramétrica descendente espontânea dentro do ressonador. O modelo leva em consideração o acoplamento dos modos do campo com o banho de fônons do cristal não-linear, mostrando claramente os papéis dos diferentes efeitos físicos na formação da estrutura das correlações quânticas entre os seis modos ópticos. Além disso, é estudado teórica e experimentalmente como esses modos estão emaranhados entre si fazendo uso do critério de transposição parcial positiva no regime de variáveis contínuas. Verificou-se que o emaranhamento hexapartite neste sistema pode ser pensado como sendo gerado por uma combinação de Hamiltonianas de compressão de dois modos e de divisores de feixes que atuam sobre seis cores diferentes da luz. Por outro lado, em relação ao ensemble atômico frio, foi implementado um esquema de “leitura-escrita” inspirado no protocolo de Duan-Lukin-Cirac-Zoller (DLCZ) para comunicação quântica de longas distâncias com o fim de gerar experimentalmente um estado emaranhado entre fótons individuais de um modo do campo eletromagnético e excitações atômicas em um modo coletivo particular. Fazendo uma análise da estatística dos fótons foi possível determinar que o estado quântico do sistema corresponde a um estado de vácuo comprimido de dois modos, como esperado pela teoria. Nos experimentos, uma ou duas excitações são inicialmente armazenadas no meio atômico, que atua como memória quântica, e posteriormente são mapeadas para um ou dois fótons, respectivamente. Além disso, foram realizadas medições e uma modelagem teórica dos pacotes de ondas fotônicos, observando-se uma aceleração na emissão de fótons devido à natureza coletiva do estado atômico, um fenômeno conhecido como superradiância. Tal progresso abre o caminho para o estudo e controle futuro da interação de modos da luz não-clássica com memórias quânticas coletivas em números de fótons mais altos.