Łamanie nierówności Bella (CHSH) dla polaryzacyjnie splątanych par fotonów

Pobierz instrukcję

Zagadnienia do opracowania

1. Opis układów złożonych w teorii klasycznej i kwantowej.
2. Założenia i wyprowadzenie nierówności CHSH.
3. Stany produktowe i splątane dla dwóch układów kwantowych.
4. Opis stanów polaryzacji fotonów.
5. Stany Bella dla polaryzacji pary fotonów; łamanie nierówności Bella w tych stanach.
6. Konsekwencje fizyczne złamania nierówności CHSH.
7. Zjawisko dwójłomności naturalnej.
8. Działanie płytki opóźniającej.
9. Polaryzatory światła. Polaryzator Glana-Thompsona.
10. Parametryczny podział częstotliwości.
11. Budowa i zasada działania laserów półprzewodnikowych.

Zestaw przyrządów

1. Laser półprzewodnikowy ( λ = 401,5 nm ; 10 mW).
2. 3 zwierciadła.
3. Soczewki.
4. Półfalówka.
5. 2 polaryzatory.
6. Kryształ dwójłomny YVO₄.
7. Kryształ nieliniowy BBO ( β – BaB₂O₄).
8. Optyczne sprzęgacze światłowodowe.
9. Jednomodowe światłowody.
10. Filtry pasmowe.
11. Detektor pojedynczych fotonów.

Literatura

1. W. A. Shurcliff, S.S. Ballard – „Światło spolaryzowane”, PWN, Poznań 1968.
2. M. Le Bellac – „Wstęp do informatyki kwantowej”, PWN, Warszawa 2011.
3. W. Demtröder – „Spektroskopia laserowa”, PWN, Warszawa 1993.
4. B. Ziętek – „Optoelektronika”, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2005.
5. B. Ziętek – „Lasery”, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2009.
6. A. Zeilinger  – „Świat Nauki”, Lipiec 2000.
7. M. Alicka, R. Alicki – „Pracownia Informacji Kwantowej / Quantum Information Laboratory”, skrypt Uniwersytetu Gdańskiego, 2011.
8. M. Nielsen, I. Chuang  – ”Quantum Computation and Quantum Communication”, Cambridge, London 2000.
9. L. Mandel, E. Wolf – “Optical Coherence and Quantum Optics”, Cambridge 1995.
10. D. Greenberger, A. Zeilinger – “Physics World”, 8 , Nr 9, 33 ( 1995).
11. W. A. Shurcliff, S.S. Ballard – “Polarized Light”, Princeton 1964.
12. M. Born, E. Wolf – “Principles of Optics”, Cambridge University Press, Cambridge 1999.
13. O. Svelto – “Principles of Lasers”, Plenum, New York 1998.
14. W.S.C. Chang – “Principles of Lasers and Optics”, Cambridge University Press, 2005.
15. J.A. Buck – “Fundamentals of Optical Fibres”, NJ: Wiley – Interscience, Hoboken, 2004.
16. A. Peres – “Quantum Theory: Concepts and Methods”, Kluwer Academic Publishers, 1993.
17. W. Demtröder – “Atoms, Molecules and Photons: an Introduction to Atomic – , Molecular – and Quantum – Physics”, Springer, Berlin 2006.
18. D. Dehlinger, M.W. Mitchell – “Entangled photon apparatus for the undergraduate laboratory”, Am. J. Phys. 70, 989 – 901 (2002).
19. S. Nakamura, G. Fasol – ”The blue laser diode”, Springer, Heidelberg 1997.
20. H. Paul – “Introduction Quantum Optics from Light Quanta to Teleportation”, Cambridge University Press, Cambridge 2004.
21. M. Le Bellac – „A Short Introduction to Quantum Information and Quantum Computation”, Cambridge University Press , Cambridge 2006.

Violation of Bell’s inequality (CHSH) for polarisation-entangled photon pairs

Download instruction

Background theory

1. Description of composite systems in classical and quantum theory.
2. Background and derivation of the CHSH inequality.
3. Product and entangled states for bipartite quantum systems.
4. Description of photon polarisation states.
5. Bell states with polarised pairs of photons, violation of Bell’s inequality by these states.
6. Physical Consequences of breaking the CHSH inequality.
7. Natural birefringence.
8. Operation of wave plates.
9. Light polarisers. Glan-Thompson polariser.
10. Parametric down-conversion.
11. Construction and operation of semiconductor lasers.

Apparatus

1. Semiconductor laser (λ = 401.5 nm, 10 mW).
2. 3 mirrors.
3. Lenses.
4. Half-wave plate.
5. 2 polarisers.
6. Bi-refringent crystal YVO₄.
7. Non-linear crystal BBO (β – BaB₂O₄).
8. Optical fibre couplers.
9. Single-mode fibre.
10. Band filters.
11. Single-photon detector.

Literature

1. M. Alicka, R. Alicki – „Pracownia Informacji Kwantowej / Quantum Information Laboratory”, skrypt Uniwersytetu Gdańskiego, 2011.
2. M. Nielsen, I. Chuang – ”Quantum Computation and Quantum Communication”, Cambridge, London 2000.
3. L. Mandel, E. Wolf – “Optical Coherence and Quantum Optics”, Cambridge 1995.
4. D. Greenberger, A. Zeilinger – “Physics World”, 8, Nr 9, 33 (1995).
5. W. A. Shurcliff, S.S. Ballard – “Polarized Light”, Princeton 1964.
6. M. Born, E. Wolf – “Principles of Optics”, Cambridge University Press, Cambridge 1999.
7. O. Svelto – “Principles of Lasers”, Plenum, New York 1998.
8. W.S.C. Chang – “Principles of Lasers and Optics”, Cambridge University Press, 2005.
9. J.A. Buck – “Fundamentals of Optical Fibres”, NJ: Wiley – Interscience, Hoboken, 2004.
10. A. Peres – “Quantum Theory: Concepts and Methods”, Kluwer Academic Publishers, 1993.
11. W. Demtröder – “Atoms, Molecules and Photons: an Introduction to Atomic – , Molecular – and Quantum – Physics”, Springer, Berlin 2006.
12. D. Dehlinger, M.W. Mitchell – “Entangled photon apparatus for the undergraduate laboratory”, Am. J. Phys. 70, 989 – 901 (2002).
13. S. Nakamura, G. Fasol – “The blue laser diode”, Springer, Heidelberg 1997.
14. H. Paul – “Introduction Quantum Optics from Light Quanta to Teleportation”, Cambridge University Press, Cambridge 2004.
15. M. Le Bellac – “A Short Introduction to Quantum Information and Quantum Computation”, Cambridge University Press, Cambridge 2006.