論文の概要: Self-Ordering of Individual Photons in Waveguide QED and Rydberg-Atom Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.12961v2
• Date: Wed, 23 Feb 2022 14:27:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-10 07:52:32.818808
• Title: Self-Ordering of Individual Photons in Waveguide QED and Rydberg-Atom Arrays
• Title（参考訳）: 導波路QEDおよびRydberg-Atomアレイにおける個々の光子の自己秩序化
• Authors: Ole A. Iversen and Thomas Pohl
• Abstract要約: 我々は3レベル量子エミッタと冷間結合した光導波路による光の伝搬について検討した。 第三のエミッタ状態へのレーザーカップリングは、境界状態の特性を制御できるだけでなく、完全に除去できることを示す。 我々は、この出現する光子-光子反発を、大きなエミッタアレイ内の複数の光子の量子力学を解析することによって実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.548253258922555
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The scattering between light and individual saturable quantum emitters can induce strong optical nonlinearities and correlations between individual light quanta. Typically, this leads to an effective attraction that can generate exotic bound states of photons, which form quantum mechanical precursors of optical solitons, as found in many optical media. Here, we study the propagation of light through an optical waveguide that is chirally coupled to three-level quantum emitters. We show that the additional laser-coupling to a third emitter state not only permits to control the properties of the bound state but can even eliminate it entirely. This makes it possible to turn an otherwise focussing nonlinearity into a repulsive photon-photon interaction. We demonstrate this emerging photon-photon repulsion by analysing the quantum dynamics of multiple photons in large emitter arrays and reveal a dynamical fragmentation of incident uncorrelated light fields and self-ordering into regular trains of single photons. These striking effects expand the rich physics of waveguide quantum electrodynamics into the domain of repulsive photons and establish a conceptually simple platform to explore optical self-organization phenomena at the quantum level. We discuss implementations of this setting in cold-atom experiments and propose a new approach based on arrays of mesoscopic Rydberg-atom ensembles.
• Abstract（参考訳）: 光と個々の飽和可能な量子エミッタの間の散乱は、強い光非線形性と個々の光量子間の相関を誘導することができる。 通常、これは多くの光学媒体に見られるように、光学ソリトンの量子力学的前駆体を形成する光子のエキゾチックな境界状態を生成する効果的なアトラクションをもたらす。 本研究では,3レベル量子エミッタとキラルに結合した光導波路による光伝搬の研究を行う。 第3のエミッタ状態へのレーザー結合の追加により、バウンド状態の性質を制御できるだけでなく、完全に排除できることを示した。 これにより、焦点を絞った非線形を反発的な光子-光子相互作用に変換することができる。 本研究では,多重光子の量子力学を大規模エミッタアレイで解析し,入射非相関光磁場の動的断片化と単一光子列への自己順序付けを明らかにした。 これらの衝撃効果は導波路量子電磁力学のリッチ物理学を反発光子の領域に拡張し、量子レベルでの光学的自己組織化現象を探求するための概念的に単純なプラットフォームを確立する。 低温原子実験におけるこの設定の実装について議論し、メソスコピックなRydberg-atomアンサンブルの配列に基づく新しいアプローチを提案する。

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