Ultracold Atoms for Foundational Tests of Quantum Mechanics

این پایان نامه یک بررسی نظری در مورد ایجاد و بهره برداری از همبستگی های کوانتومی و درهم تنیدگی بین اتم های فوق سرد ارائه می دهد. به طور خاص، بر این اثرات غیر کلاسیک در دو زمینه تمرکز می‌کند: (1) آزمایش‌های رئالیسم محلی با ذرات عظیم، به عنوان مثال، نقض نابرابری بل و پارادوکس EPR، و (2) تحقق فناوری کوانتومی با بهره‌برداری از درهم‌تنیدگی، به عنوان مثال مترولوژی کوانتومی تقویت شده. به طور خاص، کار ارائه شده در این پایان نامه بر امکان نشان دادن و مشخص کردن درهم تنیدگی در آزمایش های واقع گرایانه، فراتر از "مدل های اسباب بازی" ساده که اغلب در ادبیات مورد بحث قرار می گیرند، تأکید می کند. اهمیت و ارتباط این پایان نامه در موجی از انتشارات اخیر در مورد نمایش های تجربی اثر اتمی هونگ اوماندل، مشاهده درهم تنیدگی EPR با ذرات عظیم و نمایش تداخل سنج SU(1،1) اتمی منعکس شده است. با فصل جداگانه ای در مورد هر یک از این سیستم ها، این پایان نامه در خط مقدم تحقیقات فعلی در فیزیک اتمی فوق سرد قرار دارد.

This thesis presents a theoretical investigation into the creation and exploitation of quantum correlations and entanglement among ultracold atoms. Specifically, it focuses on these non-classical effects in two contexts: (i) tests of local realism with massive particles, e.g., violations of a Bell inequality and the EPR paradox, and (ii) realization of quantum technology by exploitation of entanglement, for example quantum-enhanced metrology. In particular, the work presented in this thesis emphasizes the possibility of demonstrating and characterizing entanglement in realistic experiments, beyond the simple “toy-models” often discussed in the literature. The importance and relevance of this thesis are reflected in a spate of recent publications regarding experimental demonstrations of the atomic Hong-Ou-Mandel effect, observation of EPR entanglement with massive particles and a demonstration of an atomic SU(1,1) interferometer. With a separate chapter on each of these systems, this thesis is at the forefront of current research in ultracold atomic physics.