Пространственно-неоднородные источники бифотонных полей с контролируемыми спектральными и поляризационными свойствами

• Автор: Калашников, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Глава I. Генерация перепутанных пар фотонов в полидоменном кристалле дигидрофосфата калия
1.1. Введение
1.2. Спонтанное параметрическое рассеяние света
1.3. Квазипериодические среды в контексте задач квантовой и нелинейной оптики
1.3.1 Методы выявления дефектов в слоистых средах
1.3.2 Эффект «скрытой поляризации» света в квазипериодической среде
1.4. Поляризационные состояния бифотона
1.5. Меры перепутывания
1.6. Пространственно-неоднородная среда как источник
перепутанных пар фотонов ' ,
1.6.1 Модель процесса, приводящего к образованию
поляризационных перепутанных состояний бифотона
1.6.2. Доменная структура дигидрофосфата калия
1.6.3. Идея эксперимента и экспериментальная установка
1.6.4. Процедура статистического восстановления
состояния
1.7. Результаты и обсуждение ’
1.8. Выводы к главе I
Глава II. Экспериментальная реализация перепутанных состояний двухфотонного света с контролируемой степенью перепутывания в пространственнонеоднородной среде

2.1. Введение
2.2. Многомерные перепутанные состояния на основе бифотонов
2.2.1. Кукварт как многомерная квантовая система
2.2.2. Приготовление куквартов на основе бифотонов
2.3. Идея и методика эксперимента
2.3.1. Идея метода
2.3.2. Эксперимент
2.3.3 Компенсация пространственного сноса пучков
2.4. Результаты и обсуждение результатов
2.5. Выводы к главе II
Глава III. Управление спектром двухфотонного поля: неоднородное уширение спектра за счёт наложения температурного градиента на генерирующий кристалл
3.1. Введение
3.2. Источники широкополосного двухфотонного излучения
3.3. Неоднородное уширение спектра бифотонного поля за счёт наложения градиента температур на источник излучения
3.4. Экспериментальная установка, результаты и обсуждение
3.5. Выводы к главе III
Заключение
Список цитированной литературы

60 67 67 72 76 79

Перепутывание состояний двух и более частиц является одним из самых удивительных проявлений квантовой механики, не имеющее аналогов в классической физике [1]. Само понятие перепутывания основывается на знаменитых работах Шрёдингера [2] и Эйнштейна-Подольского-Розена о неполноте квантовой механики [1], и служит фундаментом для работы Белла [3] о несовместимости квантовых и классических предсказаний для результатов экспериментов, проводимых с перепутанными частицами. Так, если в процессе измерения определяется значение наблюдаемой для одной из частиц, то состояние второй частицы будет автоматически задано, несмотря на то, что две частицы могут быть пространственно разделены. Другими словами, наблюдаемые для каждой из частиц могут принимать любые значения, но их корреляция определена однозначно. В качестве параметров, по которым можно провести перепутывание, можно рассматривать как непрерывные переменные, такие как координаты или импульсы частиц, так и дискретные степени свободы (поляризация фотона или спин атома) [4]. В связи с неклассическими свойствами, которыми обладают перепутанные состояния, они оказались в фокусе интенсивных теоретических и экспериментальных работ. Это связано как с фундаментальными проблемами применения квантовой теории к описанию физической реальности [1], так и с перспективными прикладными вопросами такими, как создание элементной базы квантовых компьютеров [5-7], передача и обработка квантовой информации [8-12], квантовая метрология [13].
В квантовой оптике наибольшую популярность в качестве источника перепутанных фотонов получило явление спонтанного параметрического рассеяния света (СПР) в нелинейных кристаллах, предсказанное Д.Н.Клышко [14], и вскоре экспериментально реализованное [15,16]. Феноменологически, оно может быть представлено, как спонтанный распад фотона накачки в среде с квадратичной восприимчивостью па пару коррелированных по
яс «= с42 = ЦХ[(а,р)с1 = Х{а,(3)с, (1.46)
поляризованное излучение, то таким образом, измеряемая скорость совпадений оказывалась:

Х(а,р) = (МА1 М^2 ^43 ^44)- (1-47)
Определим аппаратную функцию X, зависящую только от ориентаций пластинок:
'Х(щ,РуУ

(1.48)
Х(ССП,
Задача стоит в реконструкции состояния, сгенерированного образцом бифотонного поля = с по известной интенсивности совпадений Яс
этого используется метод максимального правдоподобия [101].
Метод максимального правдоподобия заключается в том, что в качестве «наиболее правдоподобных» оценок неизвестных параметров
Сп, которые соответствуют амплитудам состояния, берутся

значения, при которых функция правдоподобия Ь = р>(х/, | с) и ее

логарифм становятся максимальными:
и /
1пД = ^1п/?(х*|с)-> тах (1.49)
к=I
Здесь Х, • • •, Хп - выборка объема п.
Введенная матрица X определяется протоколом эксперимента — последовательностью действий, выполняемых над состоянием при помощи заданных преобразований, т.е. известна до проведения измерений. Число строк матрицы X равно числу изучаемых квантовых процессов (числу испытаний), а число ее столбцов определяется размерностью гильбертова