Kuantum teknolojilerinde kuantum metroloji ve termodinamiğin uygulamaları

Kuantum teknolojileri ünvanında ortaya çıkan yeni alan, bilim, mühendislik ve bilgi işlem alanlarının çeşitli yönlerininde devrim niteliğinde gelişmelere yol açacaktır. Kuantum bilimlerinin en umut verici dallarından biri olan kuantum metroloji, modern kuantum teknolojilerinde anahtar rol oynayarak işlevselliklerini ve performanslarını temellendiren ultra hassas ölçümleri sağlayarak bu alana katkıda bulunuyor. Kuantum metroloji çerçevesinde klasik ölçümlerden çok daha yüksek bir hassasiyet ve çözünürlük seviyesinde ölçümleri mümkün kılan dolaşıklık gibi kuantum kaynaklardır. Ayrıca, kuantum cihazlarının optimal tasarımı, enerji transferi, iş çıkarma ve kuantum sistemlerdeki entropi üretiminin temel prensiplerinin incelenmesini gerektirir. Bu nedenle, kuantum termodinamiği, enerji dönüşüm süreçlerinin verimlilik sınırlarına dair derinlemesine anlayışlar sunar ve nihayetinde kuantum teknolojilerinin tasarımını şekillendirir. Bu tez, 2. bölümden 6. bölüme sunulan beş makaleden oluşmaktadır. Bu makalelerin üçü optik kuantum metroloji ve ikisi kuantum cihazların termodinamği konularındaki araştırmalarımın sonuçlarıdır. 2. bölümde, retinanın fonksiyonal modelini temsil eden yapay bir sinir ağının fiziksel parametrelerinin ölçümü için Fock durumu ışığın hassasiyet sınırlarını hesapladık. Fock durumu optik prob, koherent ve termal problariyle kıyasta daha yüksek hassasiyet sağladığını gösterdik. 3. bölümde, polarizasyon dolaşıklı Bell durumunun bir polarimetrik görev için hassasiyet sınırlarını araştırıyoruz. Teorik hesaplamalar deneysel verilerle desteklenir. Dolaşıklığın hassasiyet açısından kuantum avantajı sağladığını gösteriyoruz, ancak çevresel gürültü, parametrelerin tahmin edilen değerlerinde yanlılık oluşturarak bu avantajı sınırlar. 4. bölümde, genel bir polarimetrik kurulumdaki bir birefringent ortam nedeniyle dönme açısının tahmini üzerindeki hassasiyet sınırlarını hesaplarız. Çalışmamızda, depolarizasyon ve polarimetrik kanalların sıralanmasının çeşitli türlerini dikkate alırız ve optik kayıpların etkisini de içeririz. Sonuçlarımız, NOON durumu probunun, depolarizasyon ve diattenuasyonun güçlü olmadığı durumlarda, koherent ve antikoherent durumlarla karşılaştırıldığında üstün metrolojik performans sağladığını göstermektedir. Nispeten yüksek depolarizasyon oranları için bile, küçük ortalama foton sayılarına sahip NOON durumu, koherent ve antikoherent durumlarla karşılaştırıldığında daha iyi bir hassasiyet sınırı sağlar. 5. bölümde, yapay biyomimetik bir sistemdeki kararlı hal ısı transferi üzerinde yapılandırılmış bir ortamdaki bağlanma kuvvetlerinin ve koherensin etkisini inceliyoruz, açık kuantum dinamiklerini simüle etmek için çarpışma modelini kullanıyoruz. Ortamla etkileşim, sistemin enerji seviyelerini modüle eder ve belirli özdurumlar arasındaki geçiş enerjisini azaltır, bu geçişleri sıcak termal banyoya daha erişilebilir hale getirir. 6. bölümde, adyabatik ve sıcak izokorik branşları hızlandırmak için karşıdiyabatik kontrol uygularız. Tek bir döngü için sonuçlarımız, kontrol maliyetlerini dikkate aldığımızda, adyabatik ve izokorik kontrollü branşları olan Otto motorunun, sadece adyabatik vuruşlarında uygulanan karşıdiyabatik kontrol'ile kıyasta biraz azaltılmış verimlilikle daha yüksek bir güç çıkışına ulaştığını göstermektedir. Ancak, sınırlı döngüde, adyabatik ve izokorik dalgalanmaları olan motorun, daha yüksek verimlilik ve güç çıkışı ile çalışması için vuruş sürelerini tahsis etmek mümkündür. Son olarak, tüm bölümler için ayrıntılı bir analiz ve sonuçların tartışılması bölümünde sunulmuştur.