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Towards atom interferometry beyond the standard quantum limit with strontium atoms

Leonardo Salvi

Published Jan 1, 2018• 0 citations
OpenAlex

Abstract

In questa tesi viene descritta una tecnica per la generazione di stati non classici di atomi freddi di stronzio per l'utilizzo in interferometri atomici per misure di gravità. La tecnica è basata su una misura in cavità ottica in grado di preparare stati squeezed di sovrapposizioni coerenti di autostati della quantità di moto. \nIn this thesis, a method that allows for the generation of non-classical states of cold strontium atoms is described. These states are useful for the implementation of sensitive atom interferometers that measure gravity. The method is based on a cavity-aided measurement that prepares squeezed states of superpositions of momentum states.

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Questa tesi si inserisce nella formulazione della percezione del colore basata sulla teoria dell'informazione quantistica, nel quadro matematico introdotto da Michel Berthier e Edoardo Provenzi, che si pone in alternativa ai modelli colorimetrici classici proposti dalla CIE. In questo contesto, gli stati cromatici sono trattati come stati quantistici, contenenti l'informazione cromatica, mentre gli osservabili percettivi sono modellati come effetti nel senso delle misure positive (POVM). Questa prospettiva permette una reinterpretazione non classica dell'opposizione cromatica e fornisce le basi concettuali per definire relazioni di indeterminazione tra attributi percettivi opposti. Il contributo principale del lavoro consiste nell'analisi e nel perfezionamento delle relazioni di indeterminazione per l'opposizione cromatica introdotte da Berthier e Provenzi. Dopo aver presentato i preliminari matematici e il modello di percezione quantistica del colore, la tesi studia la dinamica post-misura e l'effetto dell'osservatore, derivando limiti di incertezza per stati cromatici successivi alla misurazione. Vengono analizzati in particolare effetti neutrali, estremali e interni, chiarendo come l'incertezza percettiva si modifichi in seguito alla misura percettiva effettuata da un osservatore e offrendo una comprensione più profonda della struttura di tipo quantistico che sottende la visione cromatica umana.

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Nel 1915 Albert Einstein Predisse l’esistenza di onde gravitazionali che muovono il tessuto dello spaziotempo. Esattamente 100 anni dopo si e arrivati alla prima rivelazione diretta. Il motivo per cui si e dovuto attendere cosi a lungo e che un’onda gravitazionale ha un’ampiezza infinitamente piccola. Per poterla misurare, sono stati messi a punto i due interferometri LIGO negli Stati Uniti ed e in via di conclusione l’interferometro VIRGO in Italia. Questi rivelatori sono (e saranno, nel caso di Virgo) in grado di misurare spostamenti inferiori alle dimensioni di un nucleo atomico. Per una misura del genere, le fonti di rumore sono innumerevoli. Quella che finora ha limitato la sensibilita dei rivelatori ad alta frequenza e il rumore quantistico, conseguenza diretta del principio di indeterminazione di Heisemberg. Questa tesi si concentra sullo studio del rumore quantistico e sul metodo sperimentale che consente di ridurlo: l’iniezione di stati di vuoto squeezed. Per produrre uno stato di vuoto squeezed che sia stabile nel tempo, si adotta una catena di controlli automatici che nel complesso prende il nome di Coherent Control Loop. Il primo passo di tale catena e la realizzazione di sistemi di stabilizzazione di fase di un laser, denominati Phase Locked Loop, della realizzazione e ottimizzazione dei quali questi tesi si occupa. Il capitolo 1 tratta il segnale, il rivelatore e le fonti di rumore per una misura di onde gravitazionali, mentre in capitolo 2 si occupa della trattazione quantistica della luce, per la spiegazione di stati squeezed e del perche questi migliorino la sensibilita di un interferometro. Il capitolo 3 e dedicato alla realizzazione sperimentale di stati squeezed della luce. Il capitolo 4 contiene i fondamenti del Coherent Control Loop, per la generazione di stati squeezed stabili nel tempo e, infine, il capitolo 5 tratta la teoria e la realizzazione sperimentale di un Phase Locked Loop tra due laser. iii

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