Selected Quantum Imaging Techniques and Their Simulation Analysis
Timea Szollosova
Abstract
Táto práca poskytuje komplexnú analýzu vybraných techník kvantového zobrazovania založenú na simuláciách, pričom prepája teoretickú kvantovú optiku so príkladmi simulácií. Hlavná časť práce sa zameriava na tri hlavné použitia, konkrétne tzv. Ghost Imaging (doslovné fantómové zobrazovanie), kvantový radar a metrológiu. Každá z týchto techník sa porovnáva so svojimi klasickými ekvivalentmi s cieľom identifikovať špecifické podmienky prostredí v ktorých sa prejavuje kvantová výhoda, napríklad prostredia s nedostaočným zdrojom fotónov, či naopak s veľkým rušením. Prínosom tejto práce je vývoj viacúrovňového simulačného frameworku implementovaného v jazyku Python. Skúmané sú tri odlišné prístupy, a to modelovanie diskrétnych fotónových interakcií pomocou knižnice QuTiP, analýza stlačených (squeezed) premenných v režime spojitých premenných prostredníctvom Strawberry Fields a využitie štatistického prístupu pomocou klasickej knižnice NumPy. Výsledky ukazujú, že hoci kvantové zobrazovanie poskytuje vyššiu odolnosť voči šumu a lepší kontrast, jeho praktická implementácia je v súčasnosti obmedzená potrebou pracovať v nekonečne dimenzionálnych Hilbertových priestoroch pri presných simuláciách. Práca zároveň slúži aj ako didaktický materiál a je doplnená o interaktívne Jupyter notebooky, ktoré predstavujú prístupný vzdelávací zdroj pre študentov a výskumníkov vstupujúcich do oblasti kvantovej optiky.