論文の概要: Quantum single-photon control, storage, and entanglement generation with
planar atomic arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.03923v3
- Date: Thu, 9 Dec 2021 12:49:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-18 23:36:48.989646
- Title: Quantum single-photon control, storage, and entanglement generation with
planar atomic arrays
- Title（参考訳）: 平面原子配列を用いた量子単一光子制御・記憶・絡み合い生成
- Authors: K. E. Ballantine, J. Ruostekoski
- Abstract要約: 本研究では,2次元原子配列を設計することにより,入射単光子パルスの量子制御を実現する方法を示す。
制御は、古典的または量子力学的に原子レベルのアクスタークシフトを制御することによって達成される。
本稿では,光子の位相,位相重畳,偏光,方向の操作による制御について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: While artificially fabricated patterned metasurfaces are providing
paradigm-shifting optical components for classical light manipulation, strongly
interacting, controllable, and deterministic quantum interfaces between light
and matter in free space remain an outstanding challenge. Here we theoretically
demonstrate how to achieve quantum control of both the electric and magnetic
components of an incident single-photon pulse by engineering the collective
response of a two-dimensional atomic array. High-fidelity absorption and
storage in a long-lived subradiant state, and its subsequent retrieval, are
achieved by controlling classically or quantum mechanically the ac Stark shifts
of the atomic levels and suppressing the scattering during the absorption.
Quantum wavefront control of the transmitted photon with nearly zero reflection
is prepared by coupling the collective state of the array to another photon in
a cavity and by engineering a Huygens' surface of atoms using only a single
coherent standing wave. The proposed schemes allow for the generation of
entanglement between the cavity, the lattice, and hence the state of the
stored, reflected or transmitted light, and for quantum-state transfer between
the cavity and propagating photons. Bipartite entanglement generation is
explicitly calculated between a stored single-photon excitation of the array
and the cavity photon. We illustrate the control by manipulating the phase,
phase superposition, polarization, and direction of a transmitted or reflected
photon, providing quantum-optical switches and functional quantum interfaces
between light and atoms that could form links in a larger quantum information
platform.
- Abstract（参考訳）: 人工的に作られたパターン化されたメタサーフェスは、古典的な光操作のためのパラダイムシフトの光学コンポーネントを提供しているが、強い相互作用、制御可能、そして自由空間における光と物質の間の決定論的量子インターフェースは、いまだに優れた課題である。
ここでは、2次元原子アレイの集団応答を工学的に設計し、入射単光子パルスの電気的および磁気的成分の量子制御を理論的に実証する。
原子レベルの交流スタークシフトを古典的または量子的に制御し、吸収中の散乱を抑制することで、長寿命のサブラジアント状態における高忠実度吸収と保存とその後の検索を実現する。
透過光子のほぼゼロ反射による量子波面制御は、配列の集団状態とキャビティ内の他の光子とを結合し、単一のコヒーレント定在波のみを用いてホイヘンスの原子表面を工学的に設計することによって行われる。
提案されたスキームは、キャビティと格子の間の絡み合い、したがって保存された、反射された、または透過された光の状態、およびキャビティと伝搬光子の間の量子状態移動を可能にする。
配列の記憶された単一光子励起とキャビティ光子との間には、両部エンタングルメント生成が明示的に計算される。
我々は、透過光または反射光子の位相、位相重ね合わせ、偏光、方向を操作し、光と原子の間に量子スイッチと機能的な量子インターフェースを提供し、より大きな量子情報プラットフォームでリンクを形成することができる制御を説明する。
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