• شماره ركورد
    25528
  • شماره راهنما
    PHY2 820
  • عنوان

    تعيين حالت كوانتومي خروجي بلور از BBO در آزمايش نامساوي بل به روش توموگرافي حالت كوانتومي

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    فيزيك - اپتيك و ليزر
  • دانشكده
    فيزيك
  • تاريخ دفاع
    1404/10/30
  • صفحه شمار
    85 ص.
  • استاد راهنما
    حميدرضا محمدي خشوئي
  • كليدواژه فارسي
    ماتريس چگالي , توموگرافي حالت كوانتومي , بلور BBO (بتا باريوم بورات) , نامساوي بل , معيار هورودكي , هماندهي , تبديل پايين سوي پارامتري خود به خودي
  • چكيده فارسي
    در اين پايان‌نامه، بازسازي تجربي و تحليل نظري حالت‌هاي كوانتومي نوري توليدشده به‌وسيله فرآيند تبديل-پايين‌ سوي پارامتري خودبه‌خودي (SPDC) در بلور بتاي باريم بورات (BBO) مورد بررسي قرار گرفته است. هدف اصلي اين پژوهش، تعيين دقيق ماتريس چگالي زوج فوتون‌هاي همبسته و ارزيابي ويژگي‌هاي غيرموضعي آن‌ها از طريق آزمايش نقض نامساوي بل و مقايسه با پيش‌بيني‌هاي مكانيك كوانتومي است. در بخش نظري، مفاهيم پايه‌اي سامانه ‌هاي كوانتومي شامل كيوبيت‌ها و نمايش هندسي حالت‌هاي قطبشي، بر كره پوانكاره مرور شده است. سپس، فرآيند توليد زوج فوتون‌ها در بلور غيرخطي BBO تشريح مي‌شود. در اين آزمايش، يك باريكه ليزري پمپ با طول موج 405 نانومتر و قطبش مورب (45 درجه) به بلور تابانده شده و در فرآيند SPDC نوع دوم، فوتون‌هاي پمپ به زوج فوتون‌هاي سيگنال و آيدلر با طول موج 810 نانومتر تبديل مي‌شوند. تنظيم مناسب محورهاي نوري بلور منجر به ايجاد هم‌بستگي‌هاي كوانتومي قوي در درجه آزادي قطبش فوتون‌ها شده و بستر لازم براي بررسي نقض نامساوي بل را فراهم مي‌آورد. به‌منظور توصيف كامل حالت كوانتومي توليدشده، از روش توموگرافي حالت كوانتومي (QST) براي يك سامانه دوكيوبيتي استفاده شده است. در اين راستا، مجموعه‌اي از اندازه‌گيري‌ها در پايه‌هاي قطبشي مختلف انجام شده و داده‌هاي حاصل با استفاده از الگوريتم برآورد بهترين بخت تحليل گرديده‌اند. اين روش، بازسازي يك ماتريس چگالي فيزيكي با ويژگي مثبت‌نيمه‌معين بودن را تضمين كرده و دقيق‌ترين تخمين از حالت واقعي سامانه را ارائه مي‌دهد. در بخش تجربي، چيدمان آزمايشگاهي نامساوي بل در قالب CHSH پياده‌سازي شد. نتايج شمارش فوتون‌ها مقدار 2.59 را براي پارامتر بل نشان مي‌دهد كه نقض آشكار حد كلاسيك 2، وجود هم‌بستگي‌هاي غيركلاسيك را تأييد مي‌كند. تحليل ماتريس چگالي بازسازي‌شده، هماندهي حالت توليدشده نسبت به حالت بل ايده‌آل ϕ^+ را برابر با 93٪ نشان مي‌دهد. همچنين با اعمال معيار هورودكي، حداكثر مقدار نقض نظري برابر با 2٫65 به‌دست آمده است. اختلاف جزئي ميان نتايج تجربي و نظري به خطاهاي سامانمند اپتيكي و عدم قطعيت‌هاي آماري نسبت داده مي‌شود. نتايج اين پژوهش، توانمندي بالاي روش توموگرافي حالت كوانتومي را در بازسازي و توصيف دقيق حالت‌هاي درهم‌تنيده نوري نشان مي‌دهد.
  • كليدواژه لاتين
    Quantum state tomography , BBO crytal(Beta Barium Borate) , Bell inequality , density matrix , Horodecki criterion , spontaneous parametric down conversion
  • عنوان لاتين
    Determination of the output state of BBO crystal in Bell inequality experiment via quantum state tomography
  • گروه آموزشي
    فيزيك
  • چكيده لاتين
    In this thesis, an experimental reconstruction an‎d theoretical analysis of optical quantum states generated via spontaneous parametric down-conversion (SPDC) in a beta-barium borate (BBO) crystal is presented. The main objective of this research is the accurate determination of the density matrix of the generated photon pairs an‎d a detailed investigation of their nonlocal properties through Bell inequality tests an‎d comparison with the predictions of quantum mechanics. In the theoretical part, fundamental concepts of quantum systems, including qubits an‎d the geometric representation of polarization states on the Poincaré sphere, are reviewed. Subsequently, the physical process of photon-pair generation is described. In the experiment, a pump laser beam with a wavelength of 405 nm an‎d diagonal polarization (45°) is incident on a nonlinear BBO crystal. Through type-II SPDC, pump photons are converted into signal an‎d idler photon pairs with a wavelength of 810 nm. Proper alignment of the crystal optical axes results in strong quantum correlations in the polarization degrees of freedom of the photon pairs, providing the basis for Bell inequality violation experiments. To fully characterize the generated quantum state, quantum state tomography (QST) is employed as a stan‎dard protocol for two-qubit systems. A complete set of polarization-resolved measurements is performed, an‎d the experimental data are analyzed using the maximum likelihood estimation (MLE) algorithm. This approach ensures the reconstruction of a physical density matrix satisfying the positive semi-definite condition an‎d yields the most accurate estimate of the actual quantum state. In the experimental implementation, the Bell inequality in the Clauser–Horne–Shimony–Holt (CHSH) form is realized. The photon-counting statistics yield an experimental Bell parameter of S=2.59. which clearly violates the classical bound of 2 an‎d confirms the presence of nonclassical correlations at the output of the BBO crystal. Analysis of the reconstructed density matrix shows a fidelity of 93% with respect to the ideal Bell state ϕ^+. Furthermore, applying the Horodecki criterion to the density matrix predicts a maximum theoretical Bell parameter of 2.65. The slight discrepancy between the experimental an‎d theoretical values is attributed to systematic optical imperfections an‎d statistical uncertainties. Overall, the results demonstrate the effectiveness of quantum state tomography in the precise reconstruction an‎d characterization of entangled photonic states.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    152981
  • نويسنده

    قادري تومنكي، عليرضا