Pengitlakan keadaan-koheran untuk memperbaiki ciri-ciri cahaya tidak-klasik dan foton-tunggal

Abstract

Dalam optik kuantum, penerangan sifat cahaya menggunakan statistik-foton menghasilkan kelas-kelas cahaya baharu, contohnya (1) cahaya yang memiliki ciri-ciri tidak-klasik seperti sub-Poisson, anti-kelompok, dan sukuan-terjerut dan (2) cahaya yang menyerupai kualiti-kualiti foton-tunggal ideal seperti bilangan-foton tetap dan berfasa rawak. Ciri-ciri tidak-klasik dan kualiti-kualiti foton-tunggal ideal tersebut penting dalam aplikasi optik kuantum seperti metrologi kuantum, komunikasi kuantum, dan komputasi kuantum. Namun, ciri-ciri tidak-klasik yang kurang jelas kewujudannya dan kualiti-kualiti foton-tunggal yang rendah akan mengurangkan ketepatan pengukuran dalam anggaran-parameter kuantum, menyebabkan kebocoran maklumat dalam pengagihan-kunci kuantum, dan merendahkan kecekapan pemprosesan maklumat dalam litar-komputer kuantum. Maka, tesis ini melaporkan penambahbaikan kajian-kajian lepas di mana saya menerbitkan secara teori dua cahaya baharu iaitu: (1) satu cahaya dengan bukti ciri-ciri tidak-klasik dan (2) satu cahaya yang memiliki kualiti-kualiti foton-tunggal lebih baik. Cahaya-cahaya baharu yang diterbit tersebut adalah hasil daripada transformasi keadaan-koheren (KK) iaitu keadaan yang terdiri daripada siri tidak-terhingga k-keadaan-Fock (KF). Untuk bahagian (1), saya menerbit keadaan baharu dengan mensuperposisikan n-KF teranjak (n-KFA) dan KK n-tertambah (n-KKT) (keadaan-keadaan daripada proses penambahan-n-KF terhadap KK), untuk menghasilkan keadaan tersuperposisi-n-KFA-n-KKT (n-SKK). Berdasarkan parameter Mandel, fungsi korelasi tertib-kedua, dan varians sukuan-medan, saya membuktikan bahawa n-SKK mempamerkan sub-Poisson, anti-kelompok, dan sukuan-terjerut yang lebih baik, berbanding n-KFA dan n-KKT. Untuk bahagian (2), saya menerbit keadaan baharu, 1-KF generik (1-KFG), dengan memangkas siri tidak-terhingga dalam KK kepada siri terhingga. Kemudian, k-KF dalam KK terpangkas dihapuskan menggunakan proses pemusnahan-sebahagian-KF, kecuali pada 1-KF. Dengan menggunakan fideliti, fungsi taburan kebarangkalian bilangan-foton, dan fungsi taburan kebarangkalian fasa, saya membuktikan bahawa 1-KFG mempunyai fideliti bernilai satu, bilangan-foton tetap, dan berfasa rawak, sama seperti foton-tunggal ideal. Akhir sekali, (1) saya mengadaptasi daripada skim eksperimen lepas untuk skim penghasilan n-SKK berdasarkan kristal penguatan-parametrik-optik (PPO) dan (2) saya mereka bentuk skim eksperimen baharu untuk menghasilkan 1-KFG berdasarkan kristal penurunan-tenaga-parametrik-spontan (PPS). Untuk (1) skim PPO, n-SKK dapat diperoleh di pengeluaran mod signal dengan memasukkan KK dan n-KF ke pemasukan mod-mod signal dan idler, diikuti oleh pengesanan berpandu terhadap n-KF di pengeluaran mod idler. Untuk (2) skim PPS, dengan memasukkan KK berkeamatan tinggi ke pemasukan mod idler dan berpandukan pengesanan klik daripada sebuah pengesan klik di pengeluaran mod idler, 1-KFG diperoleh di pengeluaran mod signal selepas proses berulang kali anjakan-sangat-kecil dan pembuangan-2-KF. Kesimpulannya, dua keadaan baharu telah diterbitkan iaitu n-SKK dengan bukti ciri-ciri tidak-klasik dan 1-KFG dengan kualiti-kualiti foton-tunggal lebih baik. Maka, penghasilan cahaya yang mempunyai ciri-ciri seperti n-SKK atau 1-KFG ini dapat meningkatkan prestasi aplikasi optik kuantum.