نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان، دانشکده علوم پایه، گروه فیزیک

2 دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان-دانشکده علوم پایه-گروه فیزیک

3 دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، گروه فوتونیک

چکیده

در این مقاله، رده جدیدی از حالت‌های غیرکلاسیکی تابشی معرّفی می‌شود. بدین منظور، پس از تبیین کاربردهای حالت‌های عددی جابه‌جاشده و بیان اهمّیت تقویت سیگنال بدون نوفه، حالت‌های عددی جابه‌جاشده تقویت‌شده معرّفی می‌شوند. سپس با بررسی برخی از مهم‌ترین معیارهای غیرکلاسیکی مانند پارامتر مندل، تابع هم‌بستگی مرتبه دوّم، تابع مشخّصه فوگل، و تابع توزیع ویگنر، غیرکلاسیکی‌بودن حالت‌های کوانتومی معرّفی‌شده مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در هر مورد، نقش تعداد فوتون‌های حالت‌های عددی و ضریب بهره در مقادیر کمّیت‌های فیزیکی یادشده بررسی می‌شود. نتایج عددی مقادیر قابل توجّهی از آمار زیرپواسونی میدان و رفتار پادگروهی فوتون‌ها را نشان می‌دهد. پس از آن، به عنوان شرط لازم و کافی برای غیرکلاسیکی‌بودن یک حالت کوانتومی، رفتار تابع مشخّصه فوگل مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. خواهیم دید که تابع فوگل برای حالت‌های کوانتومی مورد نظر فراتر از مقدار تابع مشخّصه حالت پایه می‌رود که این امر به منزله غیرکلاسیکی‌بودن حالت‌های معرّفی‌شده است. علاوه بر این، منفی‌بودن تابع توزیع ویگنر-ویل، به عنوان نمود دیگری از غیرکلاسیکی‌بودن حالت‌های مورد مطالعه، نیز مشاهده می‌شود. در نتیجه، ویژگی‌های ذکرشده حاکی از آن است که حالت‌های عددی جابه‌جاشده تقویت‌شده را می توان کاندیدای مناسبی برای یک نور غیرکلاسیکی قلمداد کرد.

کلیدواژه‌ها

[1]  Lee, N., Benichi, H., Takeno, Y., Takeda, S., Webb, J., Huntington, E., & Furusawa, A. Teleportation of nonclassical wave packets of light. Science, 332(6027), 2011. 330-333.
[2]   Sergienko, A. V. (Ed.). Quantum Communications and Cryptography. CRC Press. 2018)
[3]   Prabhakar, S., Shields, T., Dada, A. C., Ebrahim, M., Taylor, G. G., Morozov, D., ... & Clerici, M. Two-photon quantum interference and entanglement at 2.1 μm. Science Advances, 6(13), 2020. eaay5195.
[4]   Mehta, K., Achanta, V. G., & Dasgupta, S. Generation of non-classical states of photons from a metal–dielectric interface: a novel architecture for quantum information processing. Nanoscale, 12(1), 2020. 256-261.
[5]   Zou, X., Pahlke, K., & Mathis, W. Generation of two-mode nonclassical states and a quantum-phase-gate operation in trapped-ion cavity QED. Physical Review A, 65(6), 2002. 064303.
[6]   Deleglise, S., Dotsenko, I., Sayrin, C., Bernu, J., Brune, M., Raimond, J. M., & Haroche, S. Reconstruction of non-classical cavity field states with snapshots of their decoherence. Nature, 455(7212), 2008. 510-514.
[7]   Faghihi, M. J., & Tavassoly, M. K. Number-phase entropic squeezing and nonclassical properties of a three-level atom interacting with a two-mode field: intensity-dependent coupling, deformed Kerr medium, and detuning effects. Journal of the Optical Society of America B, 30(11), 2013. 2810-2818.
[8]   Baghshahi, H. R., & Faghihi, M. J. f-deformed cavity mode coupled to a Λ-type atom in the presence of dissipation and Kerr nonlinearity. Journal of the Optical Society of America B, 39(11), 2022. 2925-2933.
[9]   Alam, N., Verma, A., & Pathak, A. Higher-order nonclassicalities of finite dimensional coherent states: A comparative study. Physics Letters A, 382(28), 2018. 1842-1851.
[10]   de Matos Filho, R. L., & Vogel, W. Nonlinear coherent states. Physical Review A, 54(5), 1996. 4560.
[11]   Man'ko, V. I., Marmo, G., Sudarshan, E. C. G., & Zaccaria, F. f-Oscillators and nonlinear coherent states. Physica Scripta, 55(5), 1997. 528.
[12]   Roknizadeh, R., & Tavassoly, M. K. The construction of some important classes of generalized coherent states: the nonlinear coherent states method. Journal of Physics A: Mathematical and General, 37(33), 2004. 8111.
[13]   Torkzadeh-Tabrizi, S., Faghihi, M. J., & Honarasa, G. Phase space nonclassicality and sub-Poissonianity of deformed photon-added nonlinear cat states: algebraic and group theoretical approach. Optics Letters, 48(3), 2023. 688-691.
[14]   Alsing, P., Guo, D. S., & Carmichael, H. J. Dynamic Stark effect for the Jaynes-Cummings system. Physical Review A, 45(7), 1992. 5135.
[15]   Wunsche, A. Displaced Fock states and their connection to quasiprobabilities. Quantum Optics: Journal of the European Optical Society Part B, 3(6), 1991. 359.
[16]   Zheng-Feng, H. Fluctuation of phase in the displaced number states. Journal of Modern Optics, 39(6), 1992. 1381-1397.
[17]   Dodonov, V. V., & De Souza, L. A. Decoherence of superpositions of displaced number states. Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics, 7(12), 2005. S490.
[18]   de Oliveira, F. A. M., Kim, M. S., Knight, P. L., & Buek, V. Properties of displaced number states. Physical Review A, 41(5), 1990. 2645.
[19]   Podoshvedov, S. A. Displaced photon states as resource for dense coding. Physical Review A, 79(1), 2009. 012319.
[20]   Podoshvedov, S. A. Quantum teleportation through an entangled state composed of displaced vacuum and single-photon states. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 106, 2008. 435-441.
[21]   Maldonado-Villamizar, F. H., Alderete, C. H., & Rodríguez-Lara, B. M. Squeezed displaced entangled states in the quantum Rabi model. Physical Review A, 100(1), 2019. 013811.
[22]   Lvovsky, A. I., & Babichev, S. A. Synthesis and tomographic characterization of the displaced Fock state of light. Physical Review A, 66(1), 2002. 011801.
[23]   de Oliveira, G. C., de Almeida, A. R., de Queirós, I. P., Moraes, A. M., & Dantas, C. M. Alternative proposal for the generation of the displaced number state. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 351(2-4), 2005. 251-259.
[24]   Scarani, V., Iblisdir, S., Gisin, N., & Acin, A. Quantum cloning. Reviews of Modern Physics, 77(4), 2005. 1225.
[25]   Xiang, G. Y., Ralph, T. C., Lund, A. P., Walk, N., & Pryde, G. J. Heralded noiseless linear amplification and distillation of entanglement. Nature Photonics, 4(5), 2010. 316-319.
[26]   Fiurášek, J. Teleportation-based noiseless quantum amplification of coherent states of light. Optics Express, 30(2), 2022. 1466-1489.
[27]   Ralph, T. C., & Lund, A. P. Nondeterministic noiseless linear amplification of quantum systems. In AIP Conference Proceedings. Vol. 1110, No. 1, (2009, April). pp. 155-160. American Institute of Physics.
[28]   Zavatta, A., Fiurášek, J., & Bellini, M. A high-fidelity noiseless amplifier for quantum light states. Nature Photonics, 5(1), 2011. 52-56.
[29]   Yang, S., Zhang, S., Zou, X., Bi, S., & Lin, X. Improving noiseless linear amplification for optical quantum communication with quadrature squeezing. Physical Review A, 87(2), 2013. 024302.
[30]   Xiang, G. Y., Ralph, T. C., Lund, A. P., Walk, N., & Pryde, G. J. Heralded noiseless linear amplification and distillation of entanglement. Nature Photonics, 4(5), 2010. 316-319.
[31]   Ferreyrol, F., Barbieri, M., Blandino, R., Fossier, S., Tualle-Brouri, R., & Grangier, P. Implementation of a nondeterministic optical noiseless amplifier. Physical Review Letters, 104(12), 2010. 123603.
[32]   Mičuda, M., Straka, I., Miková, M., Dušek, M., Cerf, N. J., Fiurášek, J., & Ježek, M. Noiseless loss suppression in quantum optical communication. Physical Review Letters, 109(18), 2012. 180503.
[33]   Kocsis, S., Xiang, G. Y., Ralph, T. C., & Pryde, G. J. Heralded noiseless amplification of a photon polarization qubit. Nature Physics, 9(1), 2013. 23-28.
[34]   Fiurášek, J., & Cerf, N. J. Gaussian postselection and virtual noiseless amplification in continuous-variable quantum key distribution. Physical Review A, 86(6), 2012. 060302.
[35]   Blandino, R., Leverrier, A., Barbieri, M., Etesse, J., Grangier, P., & Tualle-Brouri, R. Improving the maximum transmission distance of continuous-variable quantum key distribution using a noiseless amplifier. Physical Review A, 86(1), 2012. 012327.
[36]   Brask, J. B., Brunner, N., Cavalcanti, D., & Leverrier, A. Bell tests for continuous-variable systems using hybrid measurements and heralded amplifiers. Physical Review A, 85(4), 2012. 042116.
[37]   Kim, Y. S., Lee, J. C., Kwon, O., & Kim, Y. H. Protecting entanglement from decoherence using weak measurement and quantum measurement reversal. Nature Physics, 8(2), 2012. 117-120.
[38]   Xiang, G. Y., Ralph, T. C., Lund, A. P., Walk, N., & Pryde, G. J. Heralded noiseless linear amplification and distillation of entanglement. Nature Photonics, 4(5), 2010. 316-319.
[39]   Ferreyrol, F., Barbieri, M., Blandino, R., Fossier, S., Tualle-Brouri, R., & Grangier, P. Implementation of a nondeterministic optical noiseless amplifier. Physical Review Letters, 104(12), 2010. 123603.
[40]   Mičuda, M., Straka, I., Miková, M., Dušek, M., Cerf, N. J., Fiurášek, J., & Ježek, M. Noiseless loss suppression in quantum optical communication. Physical Review Letters, 109(18), 2012. 180503.
[41]   Dias, J., & Ralph, T. C. Quantum repeaters using continuous-variable teleportation. Physical Review A, 95(2), 2017. 022312.
[42]   Adnane, H., Bina, M., Albarelli, F., Gharbi, A., & Paris, M. G. Quantum state engineering by nondeterministic noiseless linear amplification. Physical Review A, 99(6), 2019. 063823.
[43]   Farzan, M. E., Faghihi, M. J., & Honarasa, G. Nonclassical properties of f-deformed photon-added squeezed Kerr states. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 565, 2021. 125569.
[44]   Feng, L. J., & Gong, S. Q. Two-photon blockade generated and enhanced by mechanical squeezing. Physical Review A, 103(4), 2021. 043509.
[45]   Vogel, W. Nonclassical states: An observable criterion. Physical Review Letters, 84(9), 2000. 1849.
[46]   Faghihi, M. J. Generalized Photon Added and Subtracted f‐Deformed Displaced Fock States. Annalen der Physik, 532(12), 2020. 2000215.
[47]   Scully, M. O., & Zubairy, M. S. Quantum Optics. Cambridge University Press. 1999.
[48]   Gerry, C. C., & Knight, P. L. Introductory Quantum Optics. Cambridge University Press. 2005.
[49]   Ghorbani, M., Faghihi, M. J., & Safari, H. Wigner function and entanglement dynamics of a two-atom two-mode nonlinear Jaynes–Cummings model. Journal of the Optical Society of America B, 34(9), 2017. 1884-1893.
[50]   Ficek, Z., & Wahiddin, M. R. Quantum Optics for Beginners. CRC Press. 2014.