23773

PHY2 786

كارشناسي ارشد

فيزيك - اپتيك و ليزر

فيزيك

1403/06/20

184 ص.

محمدحسين نادري

حالت هاي فوتون افزوده , حالت هاي فوتون كاهيده , رابطه‌ي جابه‌جايي كوانتومي , اندازه‌گيري مشروط , الكتروديناميك كوانتومي درون ِكاواك

فرايندهاي آفرينش و نابودي فوتون در يك ميدان نوري رونده اساس مهندسي حالت هاي كوانتومي به شمار مي روند كه نه تنها امكان توليد حالت هاي غيركلاسيك فوتون افزوده و فوتون كاهيده و تقويت آنها را فراهم مي آورند، بلكه تحقيق رابطه ي بنيادي ناجابه جايي پذيري عملگرهاي ميدان تابشي را از طريق تحليل داده هاي آماري ميسر مي سازند. افزودن و كاستن فوتون در ميدان تابشي به دو روش اپتيكي و از شكافنده ي پرتو ً الكتروديناميك كوانتومي انجام مي شود. در رويكردهاي اپتيكي و تداخل سنجي عمدتا و فرايند تقويت پارامتريك بهره برده مي شود و با استفاده از روش براورد درست نمايي بيشينه و برش نگاشت به تحليل آمارهاي كوانتومي پرداخته مي شود. اين در حالي است كه در رويكردهاي الكتروديناميك كوانتومي درون كاواك، با تكيه بر الگوي جينز -كامينگز، به كمك اندازه گيري مشروط به تحليل داده هاي آماري پرداخته مي شود. ً نظري نحوه ي افزودن فوتون به حالت هاي خالص يا در اين پايان نامه ابتدا در يك چارچوب كاملا آميخته ي ميدان تابشي و كاستن فوتون از آنها را مطالعه مي كنيم. تفاوت آمار كوانتومي حاصل از كنش عملگرهاي آفرينش و نابودي با مرتبه ها و در ترتيب مختلف را توسط سنجه هاي گوناگون ، همچون تابع توزيع ويگنر، بررسي خواهيم كرد. اين رفتار متفاوت معياري براي ناجابه جايي پذيري عملگرهاي آفرينش و نابودي فوتون محسوب مي شود. ً اپتيكي به منظور توليد حالت هاي فوتون افزوده و فوتون در گام بعد، عملكرد روش هاي كاملا كاهيده در طرحواره هاي تجربي را تحليل خواهيم كرد. ضمن تشريح اجزاي كلي طرحواره هاي مبتني ً اپتيكي، ناجابه جايي پذيري عملگرهاي آفرينش و نابودي فوتون را در چارچوب دو بر روش هاي كاملا طرحواره ي خاص تحقيق خواهيم كرد. كاواك را به عنوان الگوي كارآمدي براي ِ در آخرين گام، سامانه هاي الكتروديناميك كوانتومي درون توصيف نظري برهم كنش نور و ماده معرفي خواهيم كرد. چگونگي افزايش و كاهش فوتون را در دو طرحواره ي متفاوت الكتروديناميك كوانتومي درون كاواك تحليل خواهيم كرد و عوامل مؤثر بر عملكرد آن دو را براي تحقيق رابطه ي ناجابه جايي عملگرهاي ميدان تابشي به بحث خواهيم گذاشت. سرانجام به مقايسه ي هر دو رويكرد هم در چارچوب نظري و هم در چارچوب تجربي خواهيم پرداخت.

photon-added states , photon-subtracted states , quantum commutation relation , conditional measurement , cavity quantum electrodynamics

Schemes for experimental verification of the non-commutativity between photon creation and annihilation operators based on conditional measurement in cavity quantum electrodynamics systems

فيزيك

Annihilating and creating a photon in a travelling light field are useful building blocks for quantum state engineering. This possibility not only provides a chance to generate non-classical photon-added and photon-subtracted states and amplify them, but also enables the investigation of the fundamental commutator relation between the creation and annihilation operators through the analysis of statistical data. Adding and subtracting photons to/from the radiation field is carried out by both optical and cavity quantum electrodynamics approaches. The all-optical approaches utilize beam splitters and parametric amplification processes, and mainly employ maximum likelihood estimation and quantum tomography techniques for the analysis of quantum statistics. The cavity quantum electrodynamics approach, based on the Jaynes-Cummings model, performs conditional measurements for the statistical data analysis. In the first step, a fully theoretical framework is developed to investigate the annihilation and creation of photons in pure or mixed states of the radiation field. The differences in the quantum statistics resulting from the action of creation and annihilation operators in different orders and degrees have been demonstrated by various measures such as the Wigner distribution function. This different behavior is considered as a theoretical criterion for proving the non-commutativity between creation and annihilation operators. In the next step, the operation of fully optical methods for producing photon-added and photonsubtracted states is presented in experimental schemes. The components of the schemes are fully described, and finally, the non-commutativity relation is investigated in two optical schemes. In the last step, cavity quantum electrodynamics systems are introduced as an excellent strategy for the interaction of light and matter. The creation and annihilation of photons in two different schemes and their feasibility are described. The effective factors in the behavior and the probability of the success of the schemes are explicitly shown. Finally, a comparison of the two approaches, both in the theoretical and experimental frameworks, is provided.

3