Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, οι πλασμονικές νανοδομές έχουν κεντρίσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας λόγω του ότι μπορούν να παγιδεύσουν το φως στην επιφάνειά τους. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατό να χρησιμοποιήσουμε τις πλασμονικές νανοδομές για να επιτύχουμε ισχυρή αλληλεπίδραση ύλης-φωτός μεταξύ ενός κβαντικού εκπομπού, ο οποίος τοποθετείται δίπλα σε μία τέτοια νανοδομή, και του τοπικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Σε αυτή τη διατριβή αναλύουμε τη δυναμική της αυθόρμητης εκπομπής ενός κβαντικού εκπομπού ο οποίος τοποθετείται δίπλα σε μία πλασμονική νανοδομή ή σε ένα νανοδίσκο διθειούχου μολυβδαινίου (MoS2) συνδυάζοντας ηλεκτρομαγνητικούς υπολογισμούς με κβαντικούς υπολογισμούς πέρα από τη Μαρκοβιανή προσέγγιση καθώς και πέρα από την προσέγγιση του περιστρεφόμενου κύματος (rotating-wave approximation ή αλλιώς RWA). Χρησιμοποιώντας εκπομπούς με χρόνο αυθόρμητης εκπομπής στην περιοχή των πικοδευτερολέπτων με νανοδευτερολέπτων στον κενό χώρο, εξετάζουμε για ποιες αποστάσεις μεταξύ των εκπομπών και των νανοδομών εμφανίζονται φαινόμενα μη-Μαρκοβιανής συμπεριφοράς. Στη συνέχεια, θεωρούμε δύο αρχικά σύμπλεκτους πανομοιότυπους κβαντικούς εκπομπούς δύο επιπέδων (qubits), όπου ο καθένας αλληλεπιδρά τοπικά και ανεξάρτητα από τον άλλο με μία πλασμονική νανοδομή ή με έναν νανοδίσκο MoS2, και βρίσκουμε ότι η δυναμική της σύμπλεξης εμφανίζει ισχυρά μη-Μαρκοβιανά φαινόμενα. Σημειώνουμε ότι η σύμπλεξη για qubits δίπλα σε νανοδίσκους MoS2 εμφανίζει σημαντικά ισχυρότερο μη-Μαρκοβιανό χαρακτήρα σε σχέση με την περίπτωση που στη θέση τους χρησιμοποιούμε πλασμονικές νανοδομές. Ωστόσο, η σύμπλεξη δεν είναι ο μοναδικός τύπος κβαντικών συσχετίσεων που υπάρχει στο σύνθετο σύστημά μας. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε το quantum discord (QD), το οποίο εκτός από τη σύμπλεξη περιλαμβάνει και όλες τις άλλες κβαντικές συσχετίσεις του σύνθετου συστήματός μας. Δουλεύοντας για το QD με τον ίδιο τρόπο όπως και για τη σύμπλεξη, βρίσκουμε ενδιαφέροντα φαινόμενα κατά τη χρονική του εξέλιξη. Ύστερα, θεωρούμε και πάλι ένα σύνθετο σύστημα αποτελούμενο από πανομοιότυπα qubit, αλλά τώρα, κάθε qubit τοποθετείται δίπλα σε μία δισδιάστατη πλασμονική νανοδομή αποτελούμενη από διηλεκτρικές σφαίρες με μεταλλικό περίβλημα. Τώρα, θεωρούμε δύο διαφορετικές περιπτώσεις για τα qubit: θεωρούμε δύο πανομοιότυπα qubit δύο επιπέδων ή δύο πανομοιότυπα V-συστήματα με εκφυλισμένες τις διεγερμένες στάθμες τους. Εφόσον η παρουσία της περιοδικής πλασμονικής νανοδομής καταστέλλει έντονα το ρυθμό αυθόρμητης εκπομπής του εκάστοτε κβαντικού συστήματος, καθώς επίσης οδηγεί στην εμφάνιση του ανισοτροπικού φαινομένου Purcell, αυτό έχει ως αποτέλεσμα η χρονική εξέλιξη της σύμπλεξης να παρατείνεται για αρκετές τάξεις μεγέθους.
Ιδιότητες και εφαρμογές συζευγμένων κβαντικών-πλασμονικών νανοδομών
