Modelling single molecule single photon sources using master equation

Abstract

Tek fotonlar kuantum bilgi iletimi konusunda onemli bir tasıyıcı olarak dusunulmekteve iletisim protokolleri icin temel ogelerden biri olarak nitelendirilmektedirler. Kuantumbilgi teknolojileri uygulamaları icin tek fotonların uretimi ise ilgi cekmektedir. Idealolarak, tek foton uretilmesi, kuantum kriptoloji ve kuantum hesaplama gibi sistemlerinbir geregi olarak her defasında kesin bir dogrulukta tek foton uretilmesi demektir.Bu yuksek lisans tezi kapsamında, bir kovuk icinde bulunan tek molekulun seviyeleriarasındaki gecislerin kuantum optiksel analizi yapılarak tek foton kaynagı olarak kullanılabilecegi incelenmektedir. Bu sekildeki bir kuantum sisteminin dinamigi ise,yogunluk matrisi formalizmi ve ana denklemin yazılması gibi stokastik metotlar kullanılarakyapılmaktadır. Sonuc olarak önerilen tek foton kaynagı ise Hanbury-Brown-Twiss interferometresi gibi kaynakların teorik analizi ile birinci ve ikinci korelasyonfonksiyonlarının hesaplanmasıyla yapılacaktır. Sistemdeki kuantum korelasyonlar veuygulanan mikrodalga benzeri dıs alanlarla tek foton kaynagının kalitesinin artırılabilmesitartısılacak ve ayrıca benzer parcacıklar, kuantum dolanıklık, kuantum olcum teorisive tek foton yaratımı arasında iliskiler de incelenecektir.

Single photons are considered to be typical carriers of quantum information andhence are the main constituents of quantum communication protocols. The generationof single photons is a great interest for future quantum information applications.Ideally, the creation of single photon means providing exactly one photon while itis required for quantum optical systems such as quantum computing and quantumcryptography.Here we propose a full quantum optical analysis of a certain single molecule as asingle photon source based on the transition of the states inside a cavity. To calculatethe dynamics of this open quantum system we use stochastic methods, especiallydensity matrix formalism and the master equation. Characterization of the sourcewill be examined by theoretical analysis of interferometric setups such as HanburyBrown-Twiss interferometer, by calculating second order coherence functions usingquantum trajectory methods. Quantum correlations in the system and their coherentcontrol by external fields, such as microwaves, shall be considered for improvementof the single photon source qualities. From fundamental point of view, we shallalso address the relation among identical particles, quantum entanglement and singlephoton generation and quantum measurements.