تولید و بررسی فوتون های در هم تنیده در اپتیک کوانتومی

ما در این پایان نامه ابتدا توزیع آماری فوتون ها را از دیدگاه اپتیک کوانتومی بررسی کردیم و به دو طبقه بندی متفاوت پی بردیم که عبارت است از توزیع پواسونی، زیرپواسونی و ابرپواسونی و طبقه بندی دیگر عبارتست از توزیع خوشه ای، پادخوشه ای و همدوس. دیدیم که برای توزیع پواسونی واریانس و مقدار متوسط شمارش فوتون با هم برابر است و برای توزیع ابرپواسونی واریانس بزرگتر از مقدار متوسط است و برای توزیع زیرپواسونی واریانس کمتر از مقدار متوسط است. بنابراین توزیع ابرپواسونی و زیرپواسونی به ترتیب پهن تر و باریک تر از توزیع پواسونی است و پی بردیم که نور زیرپواسونی همتای کلاسیکی ندارد و مشاهده ی آن کاملا دشوار است. همچنین دیدیم که نور کاملا همدوس توزیع پواسونی دارد. نور خوشه ای همان طور که از اسم آن معلوم است شامل جریانی از فوتون هاست که با همدیگر به صورت دسته جمع شده اند. دیدیم که نور خوشه ای شرایط نور کلاسیکی را ارضاء می کند و بنابراین با تعبیر کلاسیکی سازگار است. در نور پادخوشه ای، فوتون ها با فاصله های منظم قرار گرفته اند و این نور، شرط نور کلاسیکی را نقض می کند. از این رو مشاهده ی فوتون پادخوشه ای یک اثر کاملا کوانتومی است که همتای کلاسیکی ندارد. در نور همدوس فوتون ها به صورت رندوم (تصادفی) قرار گرفته اند. بنابراین آمار زیرپواسونی و فوتون پادخوشه ای پدیده های غیر کلاسیکی هستند و طبیعت کوانتومی نور را آشکار می کنند و در عین حال این دو پدیده ی غیر کلاسیکی تجلی های متفاوتی از پدیده های اپتیکی کوانتومی یکسان نیستند ولی نور غیر کلاسیکی همزمان هم فوتون پادخوشه ای و هم آمار فوتون زیرپواسونی را نشان خواهد داد. سپس به بررسی فوتون های در هم تنیده پرداختیم و سنجه های مختلفی برای اندازه گیری در هم تنیدگی در سیستم های بس ذره ای معرفی کردیم. و با یک مثال ساده از حالت در هم تنیده ی تک فوتونی پی بردیم که در واقع فوتون ها در هم تنیده نیستند بلکه این مدهای میدان الکترومغناطیسی هستند که سیستم ها هستند و می توانند در هم تنیده باشند و روش های مختلف تولید حالت های در هم تنیده را بررسی کردیم. این روش های مختلف را می توان به دو نوع کلی تقسیم کرد یکی با استفاده از محیط های غیر خطی مانند تبدیل پارامتری پایین یا محیط غیر خطی کروس- کر و روش دیگر از طریق اندرکنش اتم با کاواک. در اپتیک تبدیل پارامتری پایین در یک کریستال غیر خطی تکنیک استانداردی برای تولید کردن جفت فوتون های در هم تنیده است. اما آمار تعداد فوتون و توزیع های زمان اساسا از قانون پواسون پیروی می کنند که شدیدا رنج کاربرد های عملی منابع فوتون در هم تنیده ی پایه ریزی شده روی تبدیل پارامتری پایین را محدود می کند. مثلا برای بعضی از پروتکل های رمزنگاری کوانتومی استفاده از روش دوم توصیه می شود.