Квантові властивості корельованих фотонів із урахуванням флуктуацій фази
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.2.81Ключові слова:
квантовi властивостi, корельованi фотони, лазер з трирiвневими атомами, заплутуванняАнотація
Розвинуто теорiю впливу флуктуацiй фази на корельова-нi фотони, якi випромiнюються трирiвневими атомами пiд впливом когерентної хвилi з порожнини лазера. Iз застосуванням динамiчного рiвняння для цiєї системи розраховано статистику фотонiв, кореляцiю чисел фотонiв та властивостi заплутування. Для субпуассонiвської статистики фотонiв показано, що ступiнь кореляцiї зростає разом зi швидкiстю накачування атомiв, та що заплутування залежить вiд флуктуацiй фази, а не вiд швидкостi накачування. Запропонована система може бути використана при обробцi квантової iнформацiї.
Посилання
B. Hensen, H. Bernien, A.E. Dr'eau, A. Reiserer, N. Kalb, M.S. Blok, J. Ruitenberg, R.F. Vermeulen, R.N. Schouten, C. Abell'an et al. Loophole-free bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres. Nature 526, 682 (2015).
https://doi.org/10.1038/nature15759
H.-A. Bachor, T.C. Ralph. A Guide to Experiments in Quantum Optics (John Wiley & Sons, 2019).
https://doi.org/10.1002/9783527695805
F. Priolo, T. Gregorkiewicz, M. Galli, T.F. Krauss. Silicon nanostructures for photonics and photovoltaics. Nature Nanotechnology 9 (1), 19 (2014).
https://doi.org/10.1038/nnano.2013.271
C. Xiong, C. Monat, M.J. Collins, A.S. Clark, C. Grillet, G.D. Marshall, M. Steel, J. Li, L. O'Faolain, T.F. Krauss et al. Improved car and noise analysis for photon-pair generation in an ultra-compact silicon slow-light photonic crystal waveguide. In: 2011 2nd International Conference on Photonics (2011), pp. 1-5.
https://doi.org/10.1109/ICP.2011.6106815
I. Krasnokutska. Photonic Circuits Engineering in Lithium Niobate on Insulator. Ph.D. thesis (RMIT University, 2019).
https://doi.org/10.1364/OE.26.000897
C. Gashu, E. Mosisa, T. Abebe. Entanglement quantification of correlated photons generated by three-level laser with parametric amplifier and coupled to a two-mode vacuum reservoir. Advances in Math. Phys. 2020 (2020).
https://doi.org/10.1155/2020/9027480
D. Ayehu, A. Chane. The effect of superposition on the quantum features of the cavity radiation of a three-level laser. Ukr. J. Phys. 66 (9), 761 (2021).
https://doi.org/10.15407/ujpe66.9.761
Y. Guo, L. Yan, W. Pan, B. Luo, K. Wen, Z. Guo, X. Luo. Electromagnetically induced transparency (eit)-like transmission in side-coupled complementary split-ring resonators. Optics Express 20 (22), 24348 (2012).
https://doi.org/10.1364/OE.20.024348
A. Mysyrowicz, R. Danylo, A. Houard, V. Tikhonchuk, X. Zhang, Z. Fan, Q. Liang, S. Zhuang, L. Yuan, Y. Liu. Lasing without population inversion in n 2+. APL Photonics 4 (11), 110807 (2019).
https://doi.org/10.1063/1.5116898
M. Sahrai, S. Asadpour, R. Sadighi-Bonabi. Optical bistability via quantum interference from incoherent pumping and spontaneous emission. J. Luminescence 131 (11), 2395 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.05.059
F. Dell'Anno, S. De Siena, F. Illuminati, Multiphoton quantum optics and quantum state engineering. Phys. Rep. 428 (2-3), 53 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.physrep.2006.01.004
A.G. Kumela, A.B. Gemta, A.K. Hordofa, T.A. Desta, M. Dangish, H.D. Mekonnen. Optoplasmonic biosensor for lung cancer telediagnosis: Design and simulation analysis. Sensors International 4, 100232 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.sintl.2023.100232
S. Tesfa. Role of phase fluctuation and dephasing in the enhancing continuous variable entanglement of a two-photon coherent beat laser. Chinese Phys. B 21 (1), 014204 (2012).
https://doi.org/10.1088/1674-1056/21/1/014204
D. Bruß. Characterizing entanglement. J. Math. Phys. 43 (9), 4237 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1494474
C. Spengler, M. Huber, S. Brierley, T. Adaktylos, B.C. Hiesmayr. Entanglement detection via mutually unbiased bases. Phys. Rev. A 86 (2), 022311 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.86.022311
A.G. Kumela, A.B. Gemta, T.A. Desta, A. Kebede. Noble classical and quantum approach to model the optical properties of metallic nanoparticles to enhance the sensitivity of optoplasmonic sensors. RSC advances 12 (25), 16203 (2022).
https://doi.org/10.1039/D2RA00824F
K. Audenaert, M.B. Plenio, J. Eisert. Entanglement cost under positive-partial-transpose-preserving operations. Phys. Revi. Lett. 90 (2), 027901 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.027901
F. Martinet, M.K. Olsen. Finite size effects and equilibration in bose-hubbard chains with central well dephasing. Europ. Phys. J. D 71, 1 (2017).
https://doi.org/10.1140/epjd/e2016-70663-9
S. Tesfa, S. Tesfa. Quantum features of light. Quantum Optical Processes: From Basics to Applications (2020), p. 293.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-62348-7_7
F. Sun, D. Mao, Y. Dai, Z. Ficek, Q. He, Q. Gong. Phase control of entanglement and quantum steering in a three-mode optomechanical system. New J. Phys. 19 (12), 123039 (2017).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa9c9a
S. Qamar, S. Qamar, M.S. Zubairy. Effect of phase fluctuations on entanglement generation in a correlated emission laser with injected coherence. Optics Commun. 283 (5), 781 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.optcom.2009.10.045
J.P. Poizat, M. Collett, D. Walls. Nondegenerate two-mode squeezing and quantum-nondemolition measurements using three-level atoms in a cavity. Physi. Rev. A 45 (7), 5171 (1992).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.45.5171
V. Koverda, V. Skokov. The origin of 1/f fluctuations and scale transformations of time series at nonequilibrium phase transitions. Phys. A: Stat. Mech. Appl. 346 (3-4), 203 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.physa.2004.07.042
M. Alizadeh, G. Shaker, J.C.M. De Almeida, P.P. Morita, S. Safavi-Naeini. Remote monitoring of human vital signs using mm-wave fmcw radar. IEEE Access 7, 54958 (2019).
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2912956
D. Ayehu. Squeezing and entanglement properties of the cavity light with decoherence in a cascade three-level laser. J. Russian Laser Research 42, 136 (2021).
https://doi.org/10.1007/s10946-021-09942-9
M. Anzola, F. Di Maiolo, A. Painelli. Optical spectra of molecular aggregates and crystals: Testing approximation schemes. Phys. Chem. Chem. Phys. 21 (36), 19816 (2019).
https://doi.org/10.1039/C9CP03122G
A. Mahmoud, M. Ahmed. Effect of asymmetric intermodal gain suppression on dynamics of multimode semiconductor lasers. Opt. Commun. 462, 125365 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.125365
A. Morillo-Candas, C. Drag, J.-P. Booth, T. Dias, V. Guerra, O. Guaitella. Oxygen atom kinetics in co2 plasmas ignited in a dc glow discharge. Plasma Sources Sci. Techn. 28 (7), 075010 (2019).
https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab2b84
S. Tesfa. Role of dephasing in modifying the evolution of the cavity radiation of a coherent beat laser. Phys. Revi. A 79 (3), 033810 (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.79.033810
S. Tesfa. Dependence of the evolution of the cavity radiation of a coherently pumped correlated emission laser on dephasing and phase fluctuation. Phys. Rev. A 83 (2), 023809 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.83.023809
N. Korolkova, G. Leuchs, R. Loudon, T.C. Ralph, C. Silberhorn. Polarization squeezing and continuousvariable polarization entanglement. Phys. Revi. A 65 (5), 052306 (2002).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.65.052306
M. Servin, J.A. Quiroga, J.L. Marroquin. General ndimensional quadrature transform and its application to interferogram demodulation. JOSA A 20 (5), 925 (2003).
https://doi.org/10.1364/JOSAA.20.000925
Y.-J. Chen, A. Hansen, G.W. Hoth, E. Ivanov, B. Pelle, J. Kitching, E.A. Donley. Single-source multiaxis coldatom interferometer in a centimeter-scale cell. Phys. Rev. Appl. 12 (1), 014019 (2019).
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.014019
A. ur Rahman, H. Ali, S. Haddadi, S. Zangi. Generating non-classical correlations in two-level atoms. Alexandria Engineering J. 67, 425 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.12.054
A.K. Armel, Y.D. Germain, T.A. Giresse, T. Martin. The dynamic of quantum entanglement of two dimensional harmonic oscillator in non-commutative space. Phys. Scripta 96 (12), 125731 (2021).
https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac42a9
A. Neven, J. Carrasco, V. Vitale, C. Kokail, A. Elben, M. Dalmonte, P. Calabrese, P. Zoller, B. Vermersch, R. Kueng et al. Symmetry-resolved entanglement detection using partial transpose moments. npj Quantum Information 7 (1), 152 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41534-021-00487-y
D. Miki, N. Matsumoto, A. Matsumura, T. Shichijo, Y. Sugiyama, K. Yamamoto, N. Yamamoto. Generating quantum entanglement between macroscopic objects with continuous measurement and feedback control. Phys. Rev. A 107 (3), 032410 (2023).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.032410
Y. Yu, F. Ma, X.-Y. Luo, B. Jing, P.-F. Sun, R.-Z. Fang, C.-W. Yang, H. Liu, M.-Y. Zheng, X.-P. Xie et al. Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres. Nature 578 (7794), 240 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-1976-7
A. Salmanogli, D. Gokcen, H.S. Gecim. Entanglement sustainability in quantum radar. IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics 26 (6), 1 (2020).
https://doi.org/10.1109/JSTQE.2020.3020620
Y. Ren, S. Duan, W. Xie, Y. Shao, Z. Duan. Antibunched photon-pair source based on photon blockade in a nondegenerate optical parametric oscillator. Phys. Rev. A 103 (5), 053710 (2021).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.103.053710
T. Abebe, C.G. Feyisa. Dynamics of a nondegenerate three-level laser with parametric amplifier and coupled to a two-mode squeezed vacuum reservoir. Brazilian J. Phys. 50 (5), 495 (2020).
https://doi.org/10.1007/s13538-020-00779-2
B. G'abor, D. Nagy, A. Dombi, T. Clark, F. Williams, K. Adwaith, A. Vukics, P. Domokos. Ground-state bistability of cold atoms in a cavity. Phys. Rev. A 107 (2), 023713 (2023).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.023713
J.R. Cuartas, H. Vinck-Posada. Uncover quantumness in the crossover from coherent to quantum-correlated phases via photon statistics and entanglement in the taviscummings model. Optik 245, 167672 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.167672
T. Abebe, C. Gashu. Generation of entangled light from a nondegenerate three-level laser coupled to a twomode vacuum reservoir. Ukr. J. Phys. 66 (7), 551 (2021).
https://doi.org/10.15407/ujpe66.7.551
D. Safronenkov, N. Borshchevskaya, T. Novikova, K. Katamadze, K. Kuznetsov, G.K. Kitaeva. Measurement of the biphoton second-order correlation function with analog detectors. Optics Express 29 (22), 36644 (2021).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
