Entanglement in atom-photon systems

Abstract

üOZETË ËATOM-FOTON SISTEMLERINDE DOLASIKLIKşMuhammet Ali CanFizik, DoktoraTez Yüneticisi: Prof. Dr. Alexander S. ShumovskyoEkim, 2004Bu şalışmada kuvantum dalgalanmaları bakış aşısından yeni bir prensip ünerildi.cs sc oBu yeni prensip maksimum dolaşık durumların işlevsel tanımı olarak ele alınabilir.s sËIlaveten spin-1 tek bir parşacığın da maksimum dolaşık durumda olabileceğicg s ggüsterilmektedir. Bu durum fotonlar ve parşacık ï¬ziği işin ürneklendi. 2No c gcosayıdaki iki seviyeli atom ve N fotonlu bir oyukta(odacık) atom-foton etkileşimissonucu oluşan dolaşık durumların SU(2) faz durumlarıyla ürtüştüğunü güsterdik.s s o us u g ü u oüOzel olarak klasik gerşelliğin yadsınması Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ) vecgClauser-Horne-Shimoni-Holt(CHSH) koşullarına uygun olarak güsterildi. Bununs oütesinde atom-foton sistemlerinde dolaşık durumların uretimi başlangış duru-o s ü s cmuna bağlıdır.gMaksimum dolaşık durağan durumların yaratılması, maksimum dolaşıklılık ves g sminimum enerji koşullarının sağlanmasıyla Minimum-maksimum prensibini eldes gettik. Raman tipi süreşlerle, kuvantum bilgi işlemlenmesinde kullanılmaya uygunuc sËdurağan dolaşık durumların yaratılması ve güzlemlenmesini tartıştık. Iki Lambdag s o stipi atomun oyukta Stokes fotonların emilimi ya da oyuktan kaşması sonucu uzuncümürlü maksimum dolaşık duruma ulasabileceği güsterildi.ouu s goKüresel dalgalar kullanarak, atomik geşişler sonucu oluşan şok kutupluu cs s cüışınımın kuvantum üzellikleriyle ilgili bir takım yeni sonuşlar sunulmuştur. Ozels o c solarak fotonların aşısal momentumu ve dolaşık aşısal momentum durumları, fazc s cve polarizasyon üzellikleri ele alındı.oAnahtar süzcükler : Kuvantum Bilgi Teorisi, Oyuk Kuvantum Elektrodinamiği,ou gDolaşıklık, Maksimum Dolaşık Durumlar, Mini-maks Prensibi, Kalıcı Dolaşıklık,s s sCok Kutuplu Radyasyon, Fotonların Aşısal Momentumu .ş cv

ABSTRACTENTANGLEMENT IN ATOM-PHOTON SYSTEMSMuhammet Ali CanPhD in PhysicsSupervisor: Prof. Dr. Alexander S. ShumovskyOctober, 2004In this work we propose a new principle from the point of view of quantum ï¬uc-tuations of observables. This new principle can be considered as an operationaldeï¬nition of ME states. Moreover, we show the existence of perfect entangledstates of a single ?spin-1? particle. We give physical examples related to thephotons, and particle physics. We show that a system of 2n identical two-levelatoms interacting with n cavity photons manifests entanglement and that the setof entangled states coincides with the so-called SU (2) phase states. In particular,violation of classical realism in terms of Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) andClauser-Horne-Shimoni-Holt (GHSH) conditions is proved. We also show thatgeneration of entangled states in the atom-photon systems under considerationstrongly depends on the choice of initial conditionsIn order to obtain maximally robust entangled states we have combined max-imum principle with minimum of energy requirement for stabilization, calledMini-max principle. We discuss the generation and monitoring of durable atomicentangled state via Raman-type process, which can be used in the quantum in-formation processing. It is shown that the system of two three-level atoms in Îconï¬guration in a cavity can evolve to a long-lived maximum entangled state ifthe Stokes photons vanish from the cavity by means of either leakage or damping.We presented some results based on the application of spherical wave repre-sentation to description of quantum properties of multipole radiation generatedby atomic transitions. In particular, the angular momentum of photons includingthe angular momentum entanglement, the quantum phase of photons, and thespatial properties of polarization are discussed.Keywords: Quantum Information Theory, Cavity Quantum Electrodynamics, En-tanglement, Maximally Entangled States, Mini-max Principle, Robust entangle-ment, Multipole Radiation, Angular Momentum of Photons .iv