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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3611| Reconstrucción de estados cuánticos resueltos en el tiempo mediante tomografía homodina Reconstruction of time-resolved quantum states by quantum tomography | |
| Gisell Lorena Osorio Osorio | |
| FRANCISCO ANTONIO DOMINGUEZ SERNA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| tomografía cuántica, detección homodina, amplificación paramétrica, fibra óptica de cristal fotónico quantum tomography, homodyne detection, parametric amplification, photonic crystal fiber | |
| En este trabajo se diseñó y simuló un protocolo de tomografía homodina resuelta en el tiempo para la reconstrucción de estados cuánticos, enfocado en estados pulsados producidos mediante el fenómeno del mezclado de cuatro ondas estimulado en una fibra óptica de cristal fotónico comercial. En particular, se consideró el caso no degenerado en emisión. Se reporta el análisis teórico de este proceso no lineal a partir de la teoría vectorial clásica de amplificación paramétrica en fibra óptica y desde un formalismo cuántico, utilizando un enfoque en el cuadro de Heisenberg. El análisis clásico incluyó el estudio de los modos transversales soportados en la fibra óptica mediante el software MODE Solutions, y la solución numérica de las ecuaciones no lineales de Schrödinger acopladas que describen la propagación de los campos, utilizando un algoritmo de Fourier por paso dividido. Mediante estos análisis se determinaron las distribuciones espaciales y los perfiles espectrales de los campos involucrados. Se encontró que la propagación de los campos en esta fibra óptica está gobernada por efectos no lineales, tales como la auto-modulación de fases y modulación de fases cruzadas inducidas por los campos de bombeo, mientras que los efectos dispersivos juegan un papel relativamente menor. Estos resultados ponen de manifiesto la viabilidad de la implementación del experimento de mezclado de cuatro ondas estimulado y fueron fundamentales para la formulación del diseño experimental de detección homodina. A partir de los análisis mencionados se simularon datos de cuadraturas del campo, medibles en un experimento de detección homodina, utilizando un método Monte-Carlo. Se utilizó un algoritmo de estimación de máxima verosimilitud para reconstruir la matriz de densidad y la función de Wigner de la señal de interés. Finalmente, se presentan los avances en la implementación experimental. Se espera que los resultados teóricos y experimentales de esta tesis contribuyan con la construcción de una plataforma para caracterizar estados no clásicos de la luz y con el diseño de nuevas fuentes pulsadas en un intervalo amplio de frecuencias, generadas a partir de la amplificación paramétrica en medios no lineales de tercer orden.
In this work, we design and simulate a time-resolved homodyne tomography protocol to reconstruct quantum states, focused on pulsed states produced by the stimulated four-wave mixing process in a commercial photonic crystal fiber. In particular, the case of non-degenerate emission was considered. This nonlinear process’s theoretical analysis is reported from the vector theory of parametric amplification in optical fibers and from a quantum formalism using a Heisenberg picture approach. The classical analysis included the study of the transverse modes supported in the optical fiber, which was carried out using the MODE Solutions software, and the numerical solution of the coupled nonlinear Schrödinger equations that describe the propagation of the fields using a Split-step type algorithm. These analyses determined the spatial distributions and spectral profiles of the fields involved in this process. It was found that the propagation of the fields in this optical fiber is governed by nonlinear effects, such as self-phase modulation and cross-phase modulation induced by the pumping fields, while the dispersive effects play a relatively minor role. These results show the feasibility of implementing the stimulated four-wave mixing experiment and were fundamental for formulating the homodyne detection experimental design. Fieldquadrature data, measurable in a homodyne detection experiment, were simulated using a Monte-Carlo method from the analyses mentioned earlier. The density matrix and the Wigner function of the signal of interest were reconstructed using a maximum likelihood estimation algorithm. Finally, the advances in the experimental implementation are presented. This thesis’s theoretical and experimental results are expected to contribute to the construction of a platform to characterize non-classical states of light and the design of new pulsed sources in a wide range of frequencies generated from parametric amplification in third-order nonlinear mediums. | |
| CICESE | |
| 2021 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Osorio Osorio, G.L. 2021. Reconstrucción de estados cuánticos resueltos en el tiempo mediante tomografía homodina. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 163 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| tesis_Gisell Lorena Osorio Osorio_03 sep 2021.pdf | Versión completa de la tesis | 10.52 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |