مطالعه ی نظری کنترل همدوس ترابرد تک فوتون در یک اَبَرکاواک کوانتومی با آینه های اتمی

در این پایان نامه، به معرفی طرحواره هایی برای کنترل همدوس ترابرد تک فوتون و ذخیره سازی آن با استفاده از اتم های پراکننده ی دوترازی و سه ترازی کنترل پذیر در یک موجبر بازآواگر جفت شده می پردازیم. بدین منظور، ابتدا موجبر بازآواگر جفت شده را به عنوان یک ساختار دوره ای برای انتشار فوتون، در چارچوب معادلات ماکسول و الگوی بستگی قوی توصیف می کنیم و برخی کاربردها و روش های تحقق تجربی آن را به اختصار شرح می دهیم. سپس، پراکندگی تک فوتون را از یک سامانه ی اتم دو ترازی، که در یکی از کاواک های موجبر قرار گرفته است، بررسی می کنیم. بدین منظور، از روش پراکندگی گسسته بهره می گیریم و نشان می دهیم در شرایط بازآوایی، اتم به عنوان یک آینه ی کاملاً بازتابان رفتار می کند به طوری که طیف های عبور و بازتاب تک فوتون را می توان با تنظیم بسامد گذار اتم کنترل کرد. علاوه بر این، با به کارگیری رهیافت تابع گرین پذیرفتاری اتم دو ترازی را در موجبر بازآواگر جفت شده محاسبه و اثر عوامل اتلاف، یعنی گسیل خود به خود اتم و فرار فوتون از کاواک های موجبر، را بر فرایند ترابرد فوتون و پذیرفتاری اتم مطالعه می کنیم. در ادامه، با هدفِ یافتن مشابه کوانتومی بازآواگر فابری-پرو، ترابرد تک فوتون را در یک موجبر بازآواگر جفت شده که دو اتم دوترازی در دو کاواک مجزای آن قرار گرفته است، بررسی می کنیم. علاوه بر محاسبه ی ضرایب عبور و بازتاب فوتون، با مطالعه ی حالت های شبه مقید نشان می دهیم که امکان تشکیل یک اَبَرکاواک کوانتومی کامل که بتواند فوتون را در فضای بین دو اتم به دام اندازد وجود دارد. بدین ترتیب، یک حافظه ی کوانتومی تک فوتونی خواهیم داشت که در آن، ذخیره سازی و بازیابی فوتون از طریق کنترل بسامدهای گذار اتمی انجام می شود. از سوی دیگر، با استفاده از نظریه ی میدان پیوسته شرایط تشکیل اَبَرکاواک را در دو رژیم طول موج های بلند و کوتاه تعیین می کنیم که نتایج روش پراکندگی گسسته را تأیید می کنند. همچنین، با محاسبه ی پذیرفتاری دو اتم نشان می دهیم تداخل میان میدان های پراکنده شده از دو اتم منجر به وقوع پدیده ای شبیه به شفافیت الکترومغناطیس القاییده می شود به طوری که با تنظیم فاصله ی بین دو اتم، فوتون می تواند بدون آن که دستخوش جذب یا پاشندگی شود از ساختار عبور کند. همچنین، به بررسی اثر عوامل اتلاف بر فرایند پراکندگی و پذیرفتاری سامانه ی مذکور خواهیم پرداخت. در پایان، با مطالعه ی پراکندگی تک فوتون از یک اتم سه ترازی نوع ? نشان می دهیم که نه تنها بازتاب کامل از آن امکان پذیر است بلکه با تنظیم بسامد نوسانات و بسامد رابی یک میدان کلاسیک خارجی می توان به عبور کامل که نتیجه ی پدیده ی شفافیت الکترومغناطیس القاییده است دست یافت. سپس، ایده ی اَبَرکاواک کوانتومی را به اَبَرکاواکی با آینه های متشکل از هنگردهای اتمی سه ترازی نوع ? تعمیم می دهیم و شرایط لازم برای ذخیره سازی فوتون در این نوع اَبَرکاواک را تعیین می کنیم.