Spatial Characterization Of Two-Photon States - GAP-Optique

Resumen
De la misma manera que la electrónica se basa en medir y controlar el estado
de los electrones, las aplicaciones tecnológicas de la óptica cuántica se basarán
en nuestra habilidad para generar estados fotónicos bien caracterizados. La
generación de estos estados está tradicionalmente asociada a la óptica no lineal,
donde la interacción de un haz con un material no lineal da lugar a la
generación de estados de múltiples fotones. El proceso no lineal más popular
es la conversión paramétrica descendente, o spdc por su sigla en inglés, que
es usada como fuente de pares de fotones no sólo en aplicaciones de óptica
cuántica si no también para información y criptografía cuánticas [1, 2].
La popularidad de spdc se debe a la relativa simplicidad de su realización
experimental, y a la variedad de fenómenos cuánticos exhibidos por los pares
de fotones generados. Por ejemplo, estos pares pueden estar entrelazados en
polarización [3, 4], frecuencia [5, 6], o en los grados de libertad espacial: momento
angular orbital o momento transversal [7, 9, 10, 11]. Las aplicaciones
usuales de spdc usan sólo un grado de libertad, perdiendo la información contenida
en los otros grados de libertad y en las correlaciones entre ellos. Entre
las únicas aplicaciones que usan más de un grado de libertad se encuentran el
hiperentrelazamiento [12, 13], la destilación de entrelazamiento espacial usando
la polarización [14], o el control de la distribución espectral conjunta usando
las propiedades espaciales del haz generador del spdc [6].
Esta tesis describe las características espaciales de los pares de fotones generados
en spdc, teniendo en cuenta el efecto de los otros grados de libertad,
especialmente de la frecuencia. Para ello, usaré la pureza como cuantificador de
las correlaciones entre los grados de libertad, y entre los fotones. Además, usaré
la transferencia de momento angular orbital (oam), asociada a la distribución
espacial de los fotones, para estudiar el efecto de diferentes parámetros del
spdc sobre el estado espacial generado.
Esta tesis esta compuesta de seis capítulos. El capítulo 1 introduce la
función de modo, que es usada en toda la tesis para describir los estados de dos
fotones en espacio y frecuencia. El capítulo 2 describe las correlaciones entre
los grados de libertad, y entre los fotones, usando la pureza para cuantificar
estas correlaciones. El capítulo 3 describe la transferencia de oam desde el haz
generador hasta los fotones generados. El capítulo 4 demuestra teórica y experimentalmente,
el efecto de diferentes parámetros del spdc sobre la transferencia
de momento angular orbital en configuraciones no colineales. El capítulo
5 discute la generación de estados de dos fotones en transiciones Raman, caracterizando
estos estados de una manera análoga a la utilizada para aquellos
generados en spdc. Por último, el capítulo 6 resume las contribuciones más
importantes de esta tesis.
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