論文の概要: Beyond the Tavis-Cummings model: revisiting cavity QED with atomic
ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.04583v1
- Date: Fri, 9 Jul 2021 17:55:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-22 23:41:50.884679
- Title: Beyond the Tavis-Cummings model: revisiting cavity QED with atomic
ensembles
- Title(参考訳): Tavis-Cummingsモデルを超えて:原子アンサンブルを用いたQEDの再検討
- Authors: Martin Blaha, Aisling Johnson, Arno Rauschenbeutel, J\"urgen Volz
- Abstract要約: 単一モード電磁場と$N$2レベル原子のアンサンブルの相互作用は、Tavis-Cummingsモデルによって説明される。
ここでは、非キャビティモードへの効果的な散乱速度が無視可能である場合にのみ、このことが正当化されることを示す。
そこで本研究では,Tavis-Cummingsモデルを用いて得られたモデルと,定量的にも定性的にも,モデルの予測が異なることを示す。
- 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: The interaction of an ensemble of $N$ two-level atoms with a single mode
electromagnetic field is described by the Tavis-Cummings model. There, the
collectively enhanced light-matter coupling strength is given by $g_N =
\sqrt{N} \bar{g}_1$, where $\bar{g}_1$ is the ensemble-averaged single-atom
coupling strength. Formerly, this model has been employed to describe and to
analyze numerous cavity-based experiments. Here, we show that this is only
justified if the effective scattering rate into non-cavity modes is negligible
compared to the cavity's free-spectral range. In terms of experimental
parameters, this requires that the optical depth of the ensemble is low, a
condition that is violated in several state-of-the-art experiments. We give
quantitative conditions for the validity of the Tavis-Cummings model and derive
a more general Hamiltonian description that takes into account the cascaded
interaction of the photons with all consecutive atoms. We show that the
predictions of our model can differ quantitatively and even qualitatively from
those obtained with the Tavis-Cummings model. Finally, we present experimental
data, for which the deviation from the predictions of the Tavis-Cummings model
is apparent. Our findings are relevant for all experiments in which optically
dense ensembles of quantum emitters are coupled to an optical resonator.
- Abstract(参考訳): 単一モード電磁場と$N$2レベル原子のアンサンブルの相互作用は、Tavis-Cummingsモデルによって説明される。
ここで、集合的に強化された光-物質結合強度は、$g_N = \sqrt{N} \bar{g}_1$, $\bar{g}_1$ で与えられる。
以前は、このモデルは多くの空洞実験を記述し分析するために用いられてきた。
ここでは,非キャビティモードへの有効散乱速度がキャビティの自由スペクトル範囲と比較して無視できる場合にのみ正当性を示す。
実験パラメータに関しては、アンサンブルの光学的深さが低く、いくつかの最先端の実験で破られる条件が必要である。
我々は、tavis-cummingsモデルの有効性の定量的条件を与え、全ての連続原子と光子のカスケード相互作用を考慮したより一般的なハミルトニアン記述を導出する。
その結果,tavis-cummingsモデルで得られた予測と定量的および定性的に予測が異なっていた。
最後に,Tavis-Cummingsモデルの予測から逸脱していることを示す実験データについて述べる。
本研究は、量子エミッタの光密度アンサンブルを光共振器に結合した全ての実験に関係している。
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