مهندسی حالتهای کوانتومی اتمها و یونها توسط میدانهای همدوس خارجی و کاربرد آنها در نظریه اطلاعات کوانتومی

مهندسی حالتهای کوانتومی به معنی کنترل همدوس دینامیک سیستم برای ایجاد یک بر هم نهی اختیاری از حالت¬های نهایی است که کاربرد فراوانی در نظریه اطلاعات کوانتومی دارد. در این پایان نامه، ابتدا مفاهیم پایه معرفی شده و سپس روشهای مختلف انتقال جمعیت شامل گذار بی دررو تحریکی رامان، روش تنظیم مساحت پالس و همچنین روش زنجیره پالسهای همپوشان مطالعه می¬شود. همچنین توصیف مختصری از روش تبدیلات موریس- شور که یک روش بسیار موثر و متداول برای ساده کردن هامیلتونی سیستمهای پیچیده کوانتومی به شمار می¬رود، ارائه می¬گردد. در ادامه، روش گذار بی دررو تحریکی رامان در سیستم اتم- کاواک معرفی شده و اثر گسیل خود به خودی و اتلاف کاواک در این سیستم بررسی می¬شود. با حل عددی معادله لیوویل، نشان می¬دهیم که این سیستم نسبت به اثر اتلاف کاواک بسیار حساستر از اثر گسیل خود به خودی می¬باشد. به منظور به کارگیری روش گذار بی دررو تحریکی رامان در مهندسی حالتهای کوانتومی، روش گذار بی دررو تحریکی رامان در سیستمهای - پایه وقتی که پالس لیزری که به حالت اولیه جفت نشده¬اند، دارای شکل یکسانی باشند، بررسی می¬شود. نشان داده می¬شود که با انتخاب پالسهای زمانی مناسب، جمعیت از یک حالت منفرد اولیه به یک برهم نهی همدوس اختیاری از چند حالت زمینه منتقل خواهد شد. در این وضعیت، سیستم -پایه همانند سیستم سه-پایه دارای یک فاز هندسی خواهد بود. در فصل بعد، دو طرحواره نسبتا زورمند برای ایجاد حالت برای سه یون یا در حالت کلی یون پیشنهاد می¬شود. در طراحواره اول برای ایجاد حالت از روش گذار بی دررو کسری و در طرحواره دوم از روش تنظیم مساحت پالس ( - پالس) استفاده خواهد شد. همچنین با حل عددی معادله لیوویل به بررسی اثر کانالهای ناهمدوسی که در اثر نوسان پالس لیزری و همچنین اتلاف مد فونون به وجود می¬آیند، خواهیم پرداخت. به منظور به کارگیری روش پالسهای همپوشان زنجیره¬ای در مهندسی حالتهای کوانتومی یک روش حل دقیق برای ایجاد برهم نهی حالتهای زمینه در سیستمهای چند لامبدایی ارائه شده و نشان داده می¬شود که یک سیستم چند لامبدایی که از تراز زمینه، تراز تحریکی و یک حالت منفرد اولیه تشکیل شده است، با استفاده از تبدیلات موریس- شور به یک سیستم سه ترازی تقلیل پیدا می¬کند و با استفاده از زنجیره¬ای از پالسهای همپوشان، یک برهم نهی از حالتهای زمینه را می¬توان ایجاد کرد. همچنین این روش را در سیستمهای - پایه استفاده خواهیم کرد و نشان خواهیم داد که این سیستم با استفاده از یک تبدیل موریس- شور مناسب می¬تواند به یک سیستم سه ترازی شامل یک برهم نهی از حالت اولیه، تراز تحریکی و برهم نهی از حالت باقیمانده، تقلیل پیدا کند و سیستم تقلیل یافته می¬تواند برای ایجاد برهم نهی حالتهای زمینه در سیستمهای -پایه با استفاده از زنجیره پالسهای همپوشان به کار گرفته ¬شود. در نهایت روش زنجیره پالسهای همپوشان برای ایجاد درگاه¬های کوانتومی مرتبه در سیستمهای -پایه استفاده می¬شود. در این فرآیند، از عملگرهای انعکاس کوانتومی برای ایجاد درگاه¬های کوانتومی استفاده می¬شود طوریکه هر عملگر انعکاس کوانتومی با استفاده از زنجیره از پالسهای همپوشان ایجاد می¬شود.