Uma nova abordagem para experimentos com luz comprimida: explicações sem estados comprimidos e sem emaranhamento em dois modos
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Carlos Henrique Monken
Raphael Campos Drumond
Nadja Kolb Bernardes
Arturo Antonio Lezama Astigarraga
Leonardo Antônio Mendes de Souza
Raphael Campos Drumond
Nadja Kolb Bernardes
Arturo Antonio Lezama Astigarraga
Leonardo Antônio Mendes de Souza
Resumo
Embora o estado quântico de um campo laser seja geralmente tratado como um estado coerente na óptica quântica, a fase absoluta desconhecida do laser permite representá-lo como uma mistura estatística de estados coerentes com fases aleatórias, equivalente a uma mistura de estados de Fock. Utilizando essa perspectiva, mostramos que ao empregar um estado de Fock para o laser, somos capazes de gerar previsões experimentais consistentes com aquelas obtidas assumindo um estado coerente, mas com explicações físicas distintas. Aplicamos esses conceitos a experimentos de luz comprimida em um e dois modos, demonstrando que os resultados experimentais típicos também podem ser previstos considerando o campo laser em um estado de Fock ou em uma mistura de estados de Fock e concluímos que, além de nenhum estado comprimido ser produzido, no caso de experimentos de estados de vácuo comprimido em dois modos, não há emaranhamento entre os modos de feixe "gêmeos"de sinal e idler. Fornecemos uma explicação física geral para a redução de ruído nos experimentos, utilizando o conceito de distribuição de probabilidade de fase relativa, proposta inicialmente por Luis e Sánchez-Soto [1], sendo que generalizamos a distribuição de fase relativa de dois modos proposta por Luis e Sánchez-Soto para tratar quatro modos ópticos: sinal, idler e dois osciladores locais. A explicação física se baseia em uma melhor definição de relação de fase, seja entre o campo sinal e o campo utilizado como oscilador local para o caso de experimentos de vácuo comprimido em um modo, seja na relação entre os quatro modos ópticos envolvido no caso de experimentos de estados de vácuo comprimido em dois modos: sinal, idler e dois osciladores locais.
Abstract
Although the quantum state of a laser field is generally treated as a coherent state in quantum optics, the unknown absolute phase of the laser allows it to be represented as a statistical mixture of coherent states with random phases, equivalent to a statistical mixture of Fock states. Using this perspective, we show that by employing a Fock state for the laser, we can generate experimental predictions consistent with those obtained by assuming a coherent state, but with different physical explanations. We apply these concepts to single-mode and two-mode squeezed light experiments, demonstrating that typical experimental results can also be predicted by considering the laser field in a Fock state or in a mixture of Fock states, and we conclude that, besides no squeezed state being produced, in the case of two-mode squeezed vacuum experiments, there is no entanglement between the "twin" beam modes of signal and idler. We provide a general physical explanation for the noise reduction in the experiments using the concept of relative phase probability distribution, initially proposed by Luis and Sánchez-Soto [1], and we generalize the two-mode relative phase distribution proposed by Luis and Sánchez-Soto to handle four optical modes: signal, idler, and two local oscillators. The physical explanation is based on a better definition of phase relation, either between the signal field and the field used as the local oscillator in the case of single-mode squeezed vacuum experiments, or the relation among the four optical modes involved in the case of two-mode squeezed vacuum experiments: signal, idler, and two local oscillators.
Assunto
Óptica quântica, Eletromagnetismo, Probabilidades
Palavras-chave
Óptica quântica em variáveis contínuas, Estados comprimidos da luz, Distribuição de probabilidade de fase relativa