مطالعه ی نظری برهمکنش های فوتونی میان دو اتم جفت شده با یک سازه ی اپتیکی

در این رساله به مطالعه ی برهمکنش های فوتونی میان دو اتم دورِ جفت شده با یک سازه ی اپتیکی می پردازیم. به دلیل شباهت سامانه ی مورد بررسی با سامانه ای متشکل از یک اتم مقابل آینه، با بکارگیری رهیافت شرودینگر و رهیافت هایزنبرگ به بررسی دینامیک سامانه ی مذکور در حد فواصل بزرگ میان اتم و آینه می پردازیم. همچنین طیف گسیل خود به خود و طیف تابش فلورسانس و امکان تولید حالت های غیرکلاسیک مانند پادگروهه شدن فوتون ها و چلاندگی مولفه های اتمی را مورد بررسی قرار خواهیم داد. نشان خواهیم داد که در حضور آینه، به دلیل تغییر ساختار مدی فضای اطراف اتم، آهنگ گسیل خود به خود اتم و ویژگی های غیرکلاسیک نور گسیل شده به فاصله ی میان اتم و آینه بستگی دارد. در ادامه، به بررسی دینامیک سامانه ای متشکل از دو اتم دور در حضور یک سازه ی اپتیکی، مانند عدسی، می پردازیم. نشان خواهیم داد که با تغییر فاصله ی میان دو اتم آهنگ گسیل خود به خود هر یک از اتم ها و ویژگی های نور گسیل شده تغییر خواهد کرد. همچنین برای نخستین بار به مطالعه ی آثار جمعی در سامانه ی مذبور می پردازیم. بدین منظور با بکارگیری رهیافت هایزنبرگ و حل معادلات حرکت به بررسی شرایط لازم برای تولید حالت های درهمتنیده و حالت های مصون از واهمدوسی می پردازیم. نشان خواهیم داد که امکان وقوع پدیده های ابرتابندگی و زیرتابندگی گسیل خود به خود وجود دارد. سپس، به بررسی طیف نور گسیل شده در سامانه و نقش عدسی در تولید حالت های غیر کلاسیک نور می پردازیم. سرانجام به دلیل اهمیت ایجاد درهمتنیدگی میان دو اتم دور در فرایند انتقال اطلاعات کوانتومی در فواصل دور، برای نخستین بار به بررسی شرایط لازم برای ایجاد درهمتنیدگی میان دو اتم دور که در حالت غیر درهمتنیده فراهم شده اند، می پردازیم. نشان خواهیم داد، برخلاف انتظار، به دلیل حضور سازه ی اپتیکی گسیل خودبه خود به ایجاد درهمتنیدگی میان دو اتم دور که در حالت غیر درهمتنیده فراهم شده اند، منجر می شود. به ویژه، نشان خواهیم داد که به دلیل ماهیت غیر مارکوفی سامانه پدیده های جالبی مانند تولد ناگهانی درهمتنیدگی، مرگ و بازیابی درهمتنیدگی در سامانه رخ می دهد