Unification of nonclassical signatures under the concept of quantum coherence

Abstract

La coherencia cuántica es la consecuencia tangible del principio de superposición, por lo que debe estar completamente enraizada en todos los efectos cuánticos. La característica común a todos estos comportamientos de la naturaleza no explicables por las teorías clásicas se define como no clasicidad. Al ser ambos conceptos bastante escurridizos, pueden encontrarse varias interpretaciones de la coherencia y la no clasicidad. Esto hace que su conexión sea a veces trivial y a veces contradictoria. El objetivo principal de esta tesis es encontrar conexiones entre los principales efectos no clásicos y la coherencia, analizando si esta última puede considerarse el único fenómeno subyacente a todo comportamiento cuántico. Durante el proceso, investigamos los vínculos entre las potenciales causas de la no clasicidad, como la complementariedad, el proceso de medida y la separabilidad estadística, pero también los vínculos entre diferentes efectos no clásicos, como el entrelazamiento, la polarización no clásica ola super resolución. Dado que la coherencia cuántica es un concepto presente en varios contextos, enfocamos su estudio desde distintas perspectivas: como recurso, como magnitud medible experimentalmente y como característica fundamental en metrología. Seincluye en este análisis la naturaleza cuántica de los detectores como pareja ineludible en toda observación cuántica...Quantum coherence is the measurable consequence of the superposition principle, soit must be completely rooted in all the quantum effects. The feature common to all these behaviors of nature not affordable by classical theories is defined as nonclasicality. Being both rather elusive concepts, several interpretations of coherence and nonclassicality can be found. This makes their link sometimes trivial and sometimes contradictory. The main objective of this thesis is to find connections between the main signatures of nonclassical effects and coherence, analyzing if the latter can be considered the sole phenomenon underlying every quantum effect. During the process, we investigate the links between different potential causes of nonclassicality, such as complementarity, measurement process, and statistical separability, but also between different nonclassical effects, such as entanglement, nonclassical polarization, or sub-shot noise resolution. Since quantum coherence is a concept present in several contexts, we face it from different perspectives: as a resource, as an experimentally measurable magnitude and as a fundamental feature in metrology. We include in this picture the quantum nature of detectors as the unavoidable partner in every quantum observation...