論文の概要: Quantum nonlinear optics based on two-dimensional Rydberg atom arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.01936v1
• Date: Wed, 6 Jan 2021 09:28:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-17 17:59:45.797529
• Title: Quantum nonlinear optics based on two-dimensional Rydberg atom arrays
• Title（参考訳）: 2次元リドバーグ原子配列に基づく量子非線形光学
• Authors: Mariona Moreno-Cardoner, Daniel Goncalves and Darrick E. Chang
• Abstract要約: 我々は,強いコヒーレントな相互作用を実現するための強力なプラットフォームとして,サブ波長2次元原子配列とライドバーグ相互作用の組み合わせについて検討する。 このようなシステムは光子-光子ゲートやスイッチのコヒーレント化を可能にしており、乱れたアンサンブルにおける最もよく知られたスケーリングよりもエラースケーリングがかなり優れていることを示す。 これは、複雑な多体量子駆動散逸系を表すが、その挙動は半古典的モデルによってうまく捉えられる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Here, we explore the combination of sub-wavelength, two-dimensional atomic arrays and Rydberg interactions as a powerful platform to realize strong, coherent interactions between individual photons with high fidelity. In particular, the spatial ordering of the atoms guarantees efficient atom-light interactions without the possibility of scattering light into unwanted directions, for example, allowing the array to act as a perfect mirror for individual photons. In turn, Rydberg interactions enable single photons to alter the optical response of the array within a potentially large blockade radius $R_b$, which can effectively punch a large "hole" for subsequent photons. We show that such a system enables a coherent photon-photon gate or switch, with an error scaling $\sim R_b^{-4}$ that is significantly better than the best known scaling in a disordered ensemble. We also investigate the optical properties of the system in the limit of strong input intensities. Although this a priori represents a complicated, many-body quantum driven dissipative system, we find that the behavior can be captured well by a semi-classical model based on holes punched in a classical mirror.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, サブ波長, 二次元原子配列, ライドバーグ相互作用の組み合わせを, 高忠実度を持つ個々の光子間の強いコヒーレントな相互作用を実現するための強力なプラットフォームとして検討する。 特に、原子の空間秩序は、光を望ましくない方向に散乱させることなく効率的な原子-光相互作用を保証し、例えば、配列は個々の光子の完璧なミラーとして振る舞うことができる。 逆に、ライドバーグ相互作用により、単一の光子が大きな遮断半径$R_b$内のアレイの光学応答を変更でき、その後の光子の「穴」を効果的に打ち負かすことができる。 このようなシステムでは、コヒーレントなフォトン光子ゲートまたはスイッチが可能であり、エラースケーリング $\sim r_b^{-4}$ は乱れたアンサンブルの最もよく知られたスケーリングよりもはるかに優れている。 また,強い入力強度の限界におけるシステムの光学特性についても検討した。 この事前性は複雑で多体量子駆動の散逸系を表すが、古典鏡に打ち込まれた穴に基づく半古典的モデルによってその挙動をよく捉えることができる。

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