Distinguishability theory for the interference of N photons with detection capable of temporal resolution

Orientador: Prof. Dr. Valery Shchesnovich Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, Santo André, 2020. O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver a teoria de distinguibilidade para interferências de N fótons únicos em redes lineares unitária com detectores possuindo resolução temporal para os tempos de chegada (ou seja, detectores mais rápidos do que a duração dos fótons). Foi demonstrado o aparecimento de distinguibilidade parcial para uma interferência com esse esquema de detecção, para o caso em que temos os fótons em estados mistos, onde consideramos os tempos de chegada como sendo parâmetros aleatórios. A análise detalhada foi feita considerando o modelo de fótons com perfis Gaussianos e a distribuição para os tempos de chegada também Gaussiana, o que permite resultados exatos. Foi demonstrado também que a distinguibilidade parcial é muito semelhante à do caso em que temos uma detecção sem registro dos tempos de chegada e os fótons possuem mesmas frequências. Dessa forma, concluímos que a distinguibilidade dos fótons devido aos estados mistos não pode ser compensada pela detecção temporal. Também, a partir deste caso geral em que temos estados mistos e resolução nos tempos de chegada, foram recuperados alguns resultados anteriores publicados em trabalhos na área: i) fótons em estados puros ou ii) detectores sem resolução temporal. The main objective of this work is to develop the distinguishability theory for interferences of N single photons in linear unitary networks, with detectors having temporal resolution of the arrival times (that is, detectors faster than the photon duration). It was demonstrated the appearance of partial distinguishability for an interference with this detection scheme, for the case in which we have photons in mixed states, where we consider the arrival times as being random parameters. The detailed analysis was done considering photons with Gaussian profiles, as well as Gaussian distribution for their arrival times, which allows exact analytical results. It was also demonstrated that partial distinguishability in this scheme is very similar to the case in which we have detection without resolution for the arrival times and the photons having the same frequencies. Thus, we conclude that the photon distinguishability due to mixed states cannot be compensated by the temporal detection. Also, from this general case in which we have mixed states and resolution in the arrival times, some previous results published in the area were recovered: i) photons in pure states or ii) detectors without temporal resolution.