Неклассические оптические поля для квантовой информатики на непрерывных переменных : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель С. Я. Килин

Abstract

Объектами исследования являются связанная система из одного атома и поля резонансной резонаторной моды – одноатомный лазер. Цель работы – создание методов генерации и квантификации негауссовых некласси-ческих состояний оптического поля, являющихся ресурсами для протоколов квантовой информатики на непрерывных переменных. В результате выполнения проекта получены следующие результаты. Показано, что в одноатомном лазере с некогерентной накачкой происходит локализация условного состояния на некотором энергетическом подуровне – выделенном кюбите, – представляющем собой определенное количество возбуждений системы. Показано, что для некогерентно накачиваемого резонатора непрерывная регистрация актов влета и вылета фотонов, параллельно сопровождающаяся увеличением нашего знания о внутрирезонаторном поле, отражается в уменьшении дисперсии числа фотонов в резонаторе. Показано, что полевое состояние одноатомного лазера с некогерентной накачкой обладает неклассическими свойствами на всех этапах эволюции из начального когерентного состояния поля и невозбужденного состояния атома. Исследована кинетика одноатомного лазера с когерентной накачкой в режиме сильной связи, получено точное решение уравнения Шредингера с зависящим от времени эффективным гамильтонианом и установлены времена генерации когерентных суперпозиционных состояний, таких как нечетные и четные когерентные состояния и когерентное состояние Юрке-Столера. Исследованы спектр и динамика системы, состоящей из двух кюбитов, взаимодействующих с одномодовым квантовым полем в резонаторе в режиме ультрасильной связи без приближения вращающейся волны, и показано, что энергетические уровни такой системы образуют потенциальные поверхности как функции расстояния между кюбитами и константы связи, определяющими индуцированный потенциал взаимодействия кюбитов. Показано, что использование комплексно-сопряженных амплитуд для двух мод в когерентных состояниях приводит к изменению структуры квантовых состояний и лучшей различимости при заданном среднем числе фотонов, а также предложена интерферометрическая схема безошибочного различения таких состояний. Установлена связь между аддитивностью меры неклассичности и ее верхней границей на множестве смешанных состояний. Полученные результаты имеют значение для разработки и оптимизации источников неклассического света для задач квантовой информатики.