1,720,997 research outputs found
Ultrastrong coupling between light and matter
No full textUltrastrong coupling between light and matter has, in the past decade, transitioned from a theoretical idea to an experimental reality. It is a new regime of quantum light–matter interaction, which goes beyond weak and strong coupling to make the coupling strength comparable to the transition frequencies in the system. The achievement of weak and strong coupling has led to increased control of quantum systems and to applications such as lasers, quantum sensing, and quantum information processing. Here we review the theory of quantum systems with ultrastrong coupling, discussing entangled ground states with virtual excitations, new avenues for nonlinear optics, and connections to several important physical models. We also overview the multitude of experimental setups, including superconducting circuits, organic molecules, semiconductor polaritons, and optomechanical systems, that have now achieved ultrastrong coupling. We conclude by discussing the many potential applications that these achievements enable in physics and chemistry
Experimentally-friendly methods of generation and detection of quantum correlations
Full text linkWydział FizykiW pracy doktorskiej przedstawione zostały kryteria potrzebne do detekcji nieklasyczności I splątania kwantowego oraz liniowo-optycznie I nieliniowe bramki kwantowe, pozwalające generować splątanie.In the thesis have been presented both nonclassicality and entanglement criteria, and generating them linear-optical and nonlinear quantum gates
Quantum engineering with Kerr media: Schrödinger cat and kitten generation, and photon blockade
No full textWydział FizykiGłównym tematem pracy jest zastosowanie ośrodka kerrowskiego do generacji nieklasycznych stanów, np. typu kota i kociąt Schrödingera oraz stanów fokowskich obciętych za pomocą blokady fotonowej. Praca składa się z trzech głównych części. W pierwszej części badano zagadnienie generacji dyskretnych superpozycji stanów koherentnych (zwanych kotami i kociętami Schrödingera) w trakcie ewolucji czasowej m-fotonowego oscylatora anharmonicznego. Otrzymano ścisłą analityczną formułę na współczynniki superpozycji z dowolną liczbą składowych. Pokazano także, że w przeciwieństwie do oscylatora dwufotonowego, składniki superpozycji dla m>2 tworzą stan z różnymi prawdopodobieństwami, przez co superpozycja staje się mniej symetryczna niż w przypadku m=2. Zastosowano funkcję rozkładu fazowego P(θ)otrzymaną z formalizmu fazowego Pegga i Barnetta, żeby pokazać symetrie superpozycji. W układzie współrzędnych biegunowych funkcje te precyzyjnie odzwierciedlały symetrię stanów składowych, pokazując ich liczbę (jeśli stany były dobrze oddzielone), prawdopodobieństwo wystąpienia w superpozycji oraz fazę. Te rozkłady fazowe obliczone numerycznie dla stanu kwantowego pola w wybranych momentach czasu,Ʈ=2π M/N (gdzie M i N są liczbami względnie pierwszymi), potwierdzają nasze poprzednie przewidywania oparte na analitycznym wzorze dla składników superpozycji stanów. Aby zaprezentować charakterystyczne cechy otrzymanych stanów, wykorzystane zostały także funkcje quasi-prawdopodobieństwa Wignera oraz Husimiego, Te funkcje również potwierdziły wcześniej otrzymane wnioski. Ponadto funkcja Wignera wykazała nieklasyczność otrzymanych stanów, ponieważ w pewnych obszarach przestrzeni fazowej przyjmowała wartości ujemne. W drugiej części analizowano blokadę fotonową. Proces ten, analogicznie do blokady Coulomba czy blokady fononowej, polega na tym, że obecność pojedynczego fotonu w nieliniowej wnęce blokuje przejście drugiego fotonu. Ten efekt może wystąpić w układach kerrowskich pompowanych przez wiązkę laserową na skutek silnych nieliniowych oddziaływań typu foton-foton. Przewidziano pojawienie się blokad fotonowych wyższego rzędu, gdzie transmisja więcej niż dwóch fotonów jest efektywnie zablokowana przez obecność jednego lub dwóch fotonów w układzie. Tę blokadę fotonową można osiągnąć przez dopasowanie częstości lasera pompującego do sumy współczynnika nieliniowości kerrowskiej i częstości rezonansowej wnęki. Nazwano to zjawisko blokadą dwufotonową lub dwufotonowym obcięciem stanu za pomocą nieliniowych nożyc kwantowych. Blokada ta może być także interpretowana jako tunelowanie wymuszone fotonami. Pokazano także, że dla częstości pola pompującego spełniającej inny warunek rezonansu i dla silniejszych pól pompujących, może pojawić się także blokada trójfotonowa. Opisano jak można zidentyfikować różne blokady fotonowe za pomocą korelacji liczby fotonów, koherencji i własności entropowych, a także funkcji Wignera i spektrum ściśnięcia. Dalej wykazano, że blokady dwu- i trzyfotonowe mogą być obserwowane we wnękach i obwodach kwantowych układów elektrodynamicznych, w których pojawiła się już blokada jednofotonowa, bez konieczności zastosowania wyższego rzędu oddziaływań czy ośrodków kerrowskich o wyższym rzędzie nieliniowości. W ostatniej części omówiona została generacja kuditowych stanów koherentnych (CS), w szczególności stanów kota Schrödingera. Konwencjonalne stany CS można zdefiniować na kilka równoważnych sposobów: działając operatorem przesunięcia na stan próżni albo bezpośrednio, przez nieskończone rozwinięcie w bazie stanów Focka. Te definicje przestają być równoważne, gdy rozważamy je w skończonych, d-poziomowych układach (kuditach). Zaprezentowano porównawczy opis za pomocą funkcji Wignera kuditowych CS zdefiniowanych (i) przez działanie obciętym operatorem przesunięcia próżni oraz (ii) przez rozkład Poissona stanów Focka obcięty na (d-1)-fotonowym stanie Focka. Te stany można wygenerować z klasycznego światła przez ich optyczne obcięcie wykorzystując odpowiednio nieliniowe i liniowe nożyce kwantowe. Pokazane zostało również, że makroskopowo rozróżnialna superpozycja dwóch kuditowych CS (zgodnie z obiema definicjami) może zostać uzyskana z dużą wiernością przez przesunięcie próżni w kuditowej przestrzeni Hilberta. Jeżeli wymiar kuditu d jest parzysty (nieparzysty), to ta superpozycja stanów zawiera stany fokowskie o nieparzystej (parzystej) liczbie fotonów, co można nazwać nieparzystym (parzystym) kuditowym stanem koherentnym lub stanem kota Schrödingera.To zjawisko daje się zinterpretować jako interferencja pojedynczego CS z jego odbiciem od stanu Focka o najwyższej energii w kuditowej przestrzeni Hilberta, co czytelnie pokazuje interferencja funkcji Wignera w przestrzeni fazowej. Analizowano też nieklasyczne własności kuditowego stanu koherentnego za pomocą korelacji liczby fotonów i nieklasycznej objętości funkcji Wignera, która jest miarą nieklasyczności (kwantowości) stanów. Na koniec pokazane zostały tomogramy optyczne, które można zmierzyć w detekcji homodynowej analizowanych stanów kuditowych i które umożliwiają kompletną rekonstrukcję funkcji Wignera dla tych stanów. Mam nadzieję, że wyniki zawarte w tej pracy przyczynią się do wzrostu zainteresowania wdrożeniem zjawiska Kerra do przetwarzania informacji kwantowej zakodowanej w kuditach oraz w inżynierii kwantowej.The main subject of this PhD thesis is the application of a Kerr medium to generate nonclassical states, like Schrödinger cat states and photon-number truncated states via photon blockade. The dissertation is composed of three main parts. In the first part we studied the problem of the generation of discrete superpositions of coherent states (referred to as the Schrödinger cat and kitten states) in course of evolution of m-photon anharmonic oscillator. We obtained exact analytical formulae for the superposition coefficients with an arbitrary number of components. We showed that, in contrast to the two-photon process, the superposition components for m>2 enter the superposition with different probability making the superposition less symmetrical. We applied the phase distribution function P(θ) obtained from the Pegg-Barnett Hermitian phase formalism to show explicity the symmetry of the superpositions. The polar plots of this function clearly reflect such symmetry showing the number of components (if the states are well separated), their probabilities and phases. The phase distributions calculated numerically from the exact quantum state of the field, for the evolution times Ʈ=2π M/N (where M and N are coprime integers), supported our predictions based on the analitycal formulae for the superposition coefficients. We used the Wigner and Husimi functions to demonstrate the characteristic feature of generating state. These quasiprobability functions confirmed our earlier conclusions. In particular, the Wigner function showed explicity the nonclassicality of our states because in certain areas of the phase space it had negative values. In the second part we analized a photon blockade process. Photon blockade, in analogy to Coulomb’s or phonon blockades, is a phenomenon when a single photon in a nonlinear cavity blocks the transmission of a second photon. This effect can occur in Kerr-type systems driven by a laser due to strong nonlinear photon-photon interactions. We predicted the occurrence of higher-order photon blockades where the transmission of more than two photons is effectively blocked by single- and two-photon states. This photon blockade can be achieved by tuning the frequency of the laser driving field to be equal to the sum of the Kerr nonlinearity and the cavity resonance frequency. We refer to this phenomenon as two-photon blockade or two-photon state truncation via nonlinear scissors, and can also be interpreted as photon-induced tunneling. We also show that, for a driving-field frequency fulfilling another resonance condition and for higher strengths of the driving field, even a three-photon blockade can occur but less clearly than in the case of single- and two-photon blockades. We demonstrate how various photon blockades can be identified by analyzing photon-number correlations, coherence and entropic properties, the Wigner functions, and spectra of squeezing. We show that two- and three-photon blockades can, in principle, be observed in various cavity and circuit quantum electrodynamical systems for which the standard single-photon blockade was observed without the need of using higher-order driving interactions or Kerr media exhibiting higher-order nonlinear susceptibility. In the last part we discussed the generation of qudit coherent states (CS), in particular, the qudit Schrödinger cat states. Conventional Glauber CS can be defined in several equivalent ways, e.g., by displacing the vacuum or, explicitly, by their infinite Poissonian expansion in Fock states. It is well known that these definitions become inequivalent if applied to finite d-level systems (qudits). We presented a comparative Wigner-function description of the qudit CS defined (i)~by the action of the truncated displacement operator on the vacuum and (ii) by the Poissonian expansion in Fock states of the Glauber CS truncated at (d − 1)-photon Fock state. These states can be generated from a classical light by its optical truncation using nonlinear and linear quantum scissors devices, respectively. We showed a surprising effect that a macroscopically distinguishable superposition of two qudit CS (according to both definitions) can be generated with high fidelity by displacing the vacuum in the qudit Hilbert space. If the qudit dimension d is even (odd), then the superposition state contains Fock states with only odd (even) photon numbers, which can be referred to as the odd (even) qudit CS or Schrödinger’s cat state. This phenomenon can be interpreted as an interference of a single CS with its reflection from the highest-energy Fock state of the Hilbert space, as clearly seen via phase-space interference of the Wigner function. We also analyzed nonclassical properties of the qudit CS including their photon-number statistics and nonclassical volume of the Wigner function, which is a quantitative parameter of nonclassicality (quantumness) of states. Finally, we studied optical tomograms, which can be directly measured in the homodyne detection of the analyzed qudit cat states and enable the complete reconstructions of their Wigner functions. We hope that the results of this thesis can stimulate further interest in finding applications of the Kerr effect in quantum information processing (including quantum teleportation) with qudits and quantum engineering
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Secure quantum teleportation and optimal quantum cloning
Full text linkWydział Fizyki: Zakład Optyki NieliniowejW mojej pracy opisałem problem bezpieczeństwa procesu teleportacji kwantowej zakładając istnienie szumu przy dystrybucji stanu splątanego. Rozważyłem dwa typy teleportowanych stanów. Są to: kubit oraz stan koherentny. Uzyskałem szereg wyników teoretycznych i doświadczalnych. Wprowadziłem dwie klasy optymalnych maszyn klonujących: lustrzane fazowoniezmiennicze maszyny klonujące oraz maszyny osiowosymetryczne. Zademonstrowałem, że maszyny klonujące w optymalny sposób zbiory kubitów o wysokiej symetrii są optymalne dla pewnych dystrybucji o niższej symetrii. Zaimplementowałem pierwszą wielofunkcyją maszynę klonującą, która może mieć zastosowanie w praktycznym przetwarzaniu informacji kwantowej. Opracowałem kryterium bezpieczeństwa teleportacji kubitów, które ogranicza minimalną wierność teleportacji. Pokazałem, że wierność teleportacji zapewniająca bezpieczeństwo zależy od rodzaju i siły tłumienia i od wybranego zakresu teleportowanych kubitów (zależy od niego postać optymalnej maszyny klonującej). Podałem zakres klonowanych stanów oraz tłumienia zapewniających bezpieczeństwo przy ataku z użyciem optymalnych klonerów. Przeprowadziłem podobną analizę dla stanów koherentych i klonowania przy użyciu operacji gaussowskich. Wykazałem, że w pewnych warunkach kontrolowane tłumienie zwiększa wierność teleportacji. Powiązałem stopień łamania nierówności EPR z wiernością klonowania. Zaproponowałem kryterium optymalizacji teleportacji stanów koherentnych, które może mieć zastosowania praktyczne.In my thesis I analyzed the security of quantum teleportation protocols while assuming damping during distribution of the entangled state. I considered two different types of quantum states to be teleported, i.e., qubits and coherent states. I introduced two classes of optimal quantum cloning machines: mirror phase-covariant cloners and axially-symmetric cloners. I showed that the cloning machines optimal for cloning of highly symmetric sets of qubits can be also optimal for sets of lower symmetry. I described the first implementation of a multifunctional cloner. The device has a wide range of applications in quantum information processing. In case of teleportation of qubits I established a security criterion that provides a lower limit on the fidelity of teleportation. I took into account various types of damping. I showed that fidelity depends on the type and strength of damping and on the set of teleported qubits. Assuming that the eavesdropper uses a state dependent cloner I characterized the range of qubits and damping providing secure teleportation. For coherent states I investigated the influence of amplitude damping on entanglement distribution in Furusawa’s teleportation scheme. I described conditions for a quantum channel to provide teleportation with fidelity better than in case of classical communication or optimal cloning employing Gaussian operations. I related the degree of violation of the EPR inequality to the fidelity of teleportation. I designed the optimality criterion for Furusawa’s teleportation scheme which can be applied in practical situations
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
- …
