Twin-photon quantum correlations and their relation to the Gouy phase and Sorkin parameter
| Autor: | Brito, Francisca Crislane Vieira de |
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| Přispěvatelé: | Sampaio, Marcos Donizeti Rodrigues, Paz, Irismar Gonçalves da, Teixeira, Breno Marques Gonçalves, Ospina, Elizabeth Agudelo, Neves, Leonardo Teixeira, Pádua, Sebastião José Nascimento de |
| Rok vydání: | 2022 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFABC Universidade Federal do ABC (UFABC) instacron:UFABC |
| Popis: | Orientador: Prof. Dr. Marcos Donizeti Rodrigues Sampaio Coorientador: Prof. Dr. Irismar Gonçalves da Paz Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, Santo André, 2022. Fótons gêmeos, gerados através do processo de conversão paramétrica espontânea do tipo-I, podem ser aproximadamente descritos por uma função de onda dupla-Gaussiana no espaço de configurações. Usando um propagador efetivo obtido através da aproximação de Fresnel, a evolução temporal e o espalhamento transversal da função de onda do par de fótons, encontramos que o par adquire uma fase de Gouy enquanto se propaga. Mostramos que o emaranhamento entre os fótons pode ser conectado à fase Gouy do par, dado que as duas quantidades dependem do comprimento de Rayleigh. Além disso, obtemos a fase Gouy do pacote de onda do bifóton sendo focalizado através de uma lente fina, que está razoavelmente de acordo com os dados experimentais obtidos na literatura. Indicando que a fase Gouy obtida a partir da função de onda efetiva dos fótons gêmeos pode ser usada como boa aproximação na exploração de correlações quânticas entre os fótons. Em seguida, exploramos a relação entre as correlações no espaço de fase dos bifótons difratando através de uma fenda-dupla conforme codificado na negatividade logarítmica e na fase de Gouy. Observamos que medidas das diferenças de fase de Gouy fornecem informações sobre a variação do emaranhamento dos fótons gêmeos, governado pelos parâmetros físicos do experimento e expresso pela negatividade logarítmica via elementos da matriz de covariância. Finalmente, calculamos o parâmetro Sorkin ? para bifótons e partículas massivas, que resulta de contribuições de caminhos não-clássicos do tipo kink e loops para interferometria de dupla-fenda e tripla-fenda. Esse modelo unidimensional simples para a avaliação de ? prevê que caminhos exóticos do tipo kink realizados por bifótons podem levar a ? ¿ 10-5 . Mostramos que tal modelo reproduz bem o parâmetro de Sorkin para ondas de matéria encontrado usando abordagens mais complexas na literatura. Além disso, estabelecemos uma hierarquia de aproximações com base na forma dos caminhos não-clássicos das ondas de matéria e comparamos seu tamanho com as principais correções relativísticas do propagador. Type-I spontaneous parametric down-converted biphotons can be described approximately by a double-Gaussian wavefunction in configuration space. Using an effective propagator in the Fresnel approximation, the time evolution and transversal spreading of the two-particle wavefunction, we find that the pair of photons develops a Gouy phase while it propagates. We show that the two-photon entanglement can be connected to the biphoton Gouy phase, as these quantities are Rayleigh-length-related. Furthermore, we obtain the Gouy phase of the pair of photons wavepacket being focused through a thin lens, which is in reasonable agreement with the experimental data. Indicating that the Gouy phase obtained from the effective double-Gaussian biphoton wavefunction can be used as good approximation in exploring quantum correlations of twin photons. Afterwards, we exploit the relation between phase-space correlations of biphotons diffracting through a double-slit as encoded in the logarithmic negativity and the Gouy phase. We observe that measurements of Gouy phase differences provide information on the two-photons phase-space entanglement variation, governed by the physical parameters of the experiment and expressed by the logarithmic negativity via covariance matrix elements. Finally, we evaluate the Sorkin parameter ? for biphotons and massive particles, which results from nonclassical path contributions of the kink type and loops to doubleand triple-slit interferometry. This simple unidimensional model for the evaluation of ? predicts that kinked nonclassical paths may lead to ? ¿ 10-5 for biphotons. We show that such a model reproduces well the Sorkin parameter for matter waves found in more involved approaches in the literature. Moreover, we establish a hierarchy of approximations based on the shape of the nonclassical paths for matter waves and compare their size with leading relativistic corrections to the propagator. |
| Databáze: | OpenAIRE |
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