Pokročilá identifikace kvantových vlastností světla

Mgr. Lukáš LACHMAN

Doctoral thesis

Identification of nonclassical aspects of light and matter

Abstract:

The thesis aims at a theoretical analysis concerning detection of nonclassicality and quantum non-Gaussianity of light. It focuses on the manifestation of both quantum properties by multiphoton states. The thesis derives criteria exposing these quantum properties from a methodology, which can be applied to a row of detection schemes. The main advantage of those criteria is their direct usage for experimental data without any assumptions about measured light. The thesis explores nonclassical criteria for particular linear optical circuits, namely splitting of light on a beam-splitter, Mach-Zehnder interferometer and more complex interferometers. The criteria of the quantum non-Gaussianity are derived for a layout where beam-splitters split light among several modes. Further, a hierarchy of quantum non-Gaussian attributes is introduced for classification quantum non-Gaussian states that approach the Fock states. A density matrix of a model state that approximates light produced in the current experiments is analysed there to demonstrate the feasibility of those criteria.

Abstract:

Cílem této disertační práce je teoretická analýza detekce neklasičnosti a kvantové ne-Gaussovosti světla se zaměřením na vícefotonové stavy. V práci jsou odvozena kritéria těchto klíčových kvantových vlastností pomocí obecné metodiky, která lze aplikovat na řadu detekčních schémat. Stěžejní výhodou těchto kritérií je jejich přímá aplikovatelnost na reálná experimentální data, a to bez jakýchkoliv předpokladů o stavu měřeného světla. Disertace zkoumá neklasická kritéria pro některé lineárně optické obvody, kam patří dělení světla na děliči, ale také Mach-Zehnderův interferometer či komplexnější interferometry. Kritéria kvantové ne-Gaussovosti jsou odvozena pro situaci, kdy řada děličů rozdělí světlo do několika módů. Dále je zavedena hierarchie kvantově ne-Gaussovských vlastností, která klasifikuje kvantově ne-Gaussovské stavy blízké Fockovým stavům. Pro ilustraci využití odvozených kritérií je analyzován modelový stav, který dostatečně aproximuje světlo vyzářené v současných experimentech.

Keywords

kvantová optika, statistika fotonů, neklasičnost, kvantová ne-Gaussovost

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 9. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D., prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Optics and Optoelectronics