ИСТИНА

Фундаментальный интерес к многофотонным квантовым состояниям света связан с изучением возможности наблюдения на макроскопическом уровне свойства перепутывания, характерного исключительно для квантовых систем. Благодаря ему яркий неклассический свет в перепутанных состояниях представляет практический интерес для квантовой информатики (как обладающий уникальными свойствами носитель информации) и для квантовой метрологии (как сверхчувствительное пробное поле). Данный проект был в основном посвящен генерации и исследованию свойств неклассического света в квантовых состояниях, являющихся макроскопическими аналогами поляризационно-частотных состояний Белла двухфотонного света.Методами контролируемой интерференции оптический сжатый вакуум был приготовлен в состоянии поляризационно-скалярного света и во всех трех состояниях - компонентах макроскопического белловского триплета. Поляризационные свойства полученного неклассического света были исследованы теоретически и экспериментально по технике, разработанной в соавторстве с некоторыми участниками проекта для исследования поляризационных свойств двухфотонного света.Корреляционные свойства неклассического света в макроскопических состояниях Белла были исследованы в экспериментах, операционально аналогичных экспериментам Хонга-Оу-Манделя, Майкельсона и Хенбери Брауна-Твисса. Поскольку нормированная корреляционная функция второго порядка g(2) при высоком коэффициенте параметрического усиления не отражает неклассических корреляций, все корреляционные свойства проявлялись при измерении фактора подавления шума NRF - нормированной дисперсии наблюдаемой Стокса, - что позволило значительно повысить точность и достоверность результатов измерений.Различные аспекты свойства "перепутанность" были исследованы аналитически и экспериментально. Разложение Шмидта и определение числа Шмидта (операциональной меры перепутывания) было осуществлено в терминах аналогов оператора поляризационно квазиспина - нормированных парциальных операторов Стокса и их шумов. Признак несепарабельности был сформулирован и экспериментально верифицирован для всех четырех макроскопических состояний Белла. Обобщение неравенства Белла для поляризационно-скалярного света и для компонент макроскопического белловского триплета было сформулировано теоретически.

1) Были теоретически получены аналитические выражения для волновых функций многомодового сжатого вакуума в макроскопических состояниях Белла. Симметрия этих состояний была аналитически исследована по отношению к локальным и глобальным поляризационным преобразованиям. Было показано, что сжатый вакуум в любом из состояний, образующих макроскопический белловский триплет, проявляет свойство скрытой поляризации при осуществлении глобальных поляризационных преобразований в отличие от поляризационно-скалярного света (макроскопического белловского синглета), инвариантного к таким преобразованиям. 2) Была разработана и смонтирована экспериментальная установка для генерации и исследования поляризационных свойств многомодового яркого сжатого вакуума в макроскопических поляризационно-частотных состояниях Белла. Было экспериментально показано, что поляризационные свойства этих состояний эквивалентны поляризационным свойствам двухфотонного света в поляризационно-частотных состояниях Белла. 3) Признак несепарабельности был сформулирован для всех четырех макроскопических состояний Белла в терминах дисперсий суммы и разности парциальных переменных Стокса. Было теоретически показано, что условие несепарабельности для этих состояний выполнено, что свидетельствует об их макроскопическом поляризационном перепутывании. 4) Признак несепарабельности для многомодового синглетного макроскопического состояния Белла был проверен экспериментально. Выполнение условия несепарабельности для макроскопического белловского синглета наблюдалось с высокой точностью (с доверительной вероятностью, превышающей значение 99%). 5) Получены аналитические выражения для функций квазивероятностей яркого сжатого вакуума и сжатого однофотонного состояния с учетом потерь в оптическом тракте. С помощью аналитических расчетов и численного моделирования было показано, что добавление сильного когерентного поля в ортогональную поляризационную моду позволит экспериментально наблюдать отрицательные значения функции квазивероятности даже для ярких многофотонных состояний неклассического света, для которых обычно невозможно представить измерения с одно-фотонным разрешением, а увеличение количества фотонов "сглаживает" вероятностные распределения и исключает возможность экспериментального наблюдения отрицательных значений поляризационной функции квазивероятности. 6) На экспериментальной установке, разработанной для генерации и исследования поляризационных свойств многомодового яркого сжатого вакуума в макроскопических поляризационно-частотных состояниях Белла, были произведены измерения, необходимые для осуществления поляризационной томографии и численного восстановления функций квазивероятностей макроскопических состояний Белла. При измерении фактора подавления шума для неклассического света в макроскопических состояний Белла экспериментально наблюдались многофотонные квантовые корреляции в сопряженных модах (фактор подавления шума составил ~43%). Максимальная видность соответствующей "поляризационно-интерференционной" картины составила ~40% 7) Эксперимент по интерференции Хонга-Оу-Манделя был поставлен для многофотонного яркого сжатого вакуума. Учитывая невозможность экспериментального измерения корреляционных функций второго порядка для многофотонных состояний неклассического света с требуемой точностью, вместо наблюдения "провала" в соответствующей зависимости g2 от временной задержки, наблюдался пик при измерениях фактора подавления шума NRF. Видность соответствующей картины примерно в 45 раз выше, чем при измерении корреляционных функций для этого же света. 8) Обобщение неравенства Белла для макроскопического сжатого вакуума в состоянии поляризационно-скалярного света и в состояниях-компонентах макроскопического белловского триплета было сформулировано в терминах парциальных операторов Стокса и их шумов. Теоретически было показано, что полученное неравенство Белла для этих состояний нарушается. Было найдено соотношение между предельными значениями квантовой эффективности детектирования и коэффициента параметрического усиления, при которых экспериментальная проверка нарушения неравенства Белла оказывается возможной. 9) Для макроскопического яркого сжатого вакуума было экспериментально получено вероятностное распределение разностей чисел фотонов, измеряемых между отраженным и прошедшим через 50%-ый делитель пучками. Cверхразрешению при измерении относительной фазы в этом случае препятствуют потери в оптическом тракте. 10) Была разработана и смонтирована экспериментальная установка для генерации макроскопического сжатого вакуума в пространственно одномодовом режиме. Экспериментально наблюдаемое значение уровня подавления шума достигло величины NRF~0,65.