論文の概要: Collective photon emission patterns from two atoms in free space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.13678v1
- Date: Mon, 28 Feb 2022 10:53:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-23 17:58:29.412928
- Title: Collective photon emission patterns from two atoms in free space
- Title（参考訳）: 自由空間における2原子からの集団光子放出パターン
- Authors: Stefan Richter, Sebastian Wolf, Joachim von Zanthier, Ferdinand
Schmidt-Kaler
- Abstract要約: 空間と時間における自然崩壊の修正は、量子物理学の中心的なトピックである。
絡み合ったディック状態における集団自然放出パターンについて検討した。
以上の結果から、単一光子の検出は原子配列の集合放出を深く修正できることが示された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 26.98676199482944
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Modification of spontaneous decay in space and time is a central topic of
quantum physics. It has been predominantly investigated in the context of
cavity quantum electrodynamics (QED), gaining new interest recently in the
domain of nano-optics. Beyond cavity-QED, spontaneous emission may be modified
also in free space due to correlations among the photon emitters, a phenomenon
known as super- and sub-radiance. Correlations may stem either from direct
interactions between the particles, from long-range exchange of photons, or by
measuring single photons in a common mode. Yet, the genuine spatial spontaneous
emission pattern of an atomic ensemble in an entangled quantum state has not
been observed so far, due to the lack of ultra-fast cameras with high spatial
resolution suited for recording single photons from single atoms. Preparing two
trapped ions in free space in entangled Dicke states via photon detection, we
study the resulting collective spontaneous emission patterns. Depending on the
symmetry of the Dicke states, associated with the direction of detection of the
first state-determining photon, we observe fundamentally different emission
patterns for the subsequently scattered photon, including super- and
sub-radiance. Our results demonstrate that the detection of a single photon can
profoundly modify the collective emission of an atomic array, here represented
by its most elementary building block of two atoms in free space.
- Abstract（参考訳）: 空間と時間における自然崩壊の修正は量子物理学の中心的なトピックである。
キャビティ量子電磁力学(QED)の文脈で主に研究され、近年ナノ光学の分野において新たな関心を集めている。
キャビティqedを超える自然放出は、超放射とサブ放射として知られる現象である光子放出体間の相関のため、自由空間でも修正できる。
相関は粒子間の直接相互作用、光子の長距離交換、あるいは単一の光子を共通のモードで測定することに由来する。
しかし、エンタングル量子状態における原子アンサンブルの真の空間自発発光パターンは、単一原子からの単一光子を記録するのに適した空間分解能の高い超高速カメラが欠如していることから、まだ観測されていない。
絡み合ったディック状態の自由空間に2つの閉じ込められたイオンを光子検出により調製し、結果として生じる自発放出パターンについて検討した。
ディック状態の対称性により、第1の状態決定光子の検出方向と関係し、超放射や準放射を含む散乱光子の発光パターンを観察する。
その結果、単一光子の検出は、自由空間における2つの原子の最も基本的な構成ブロックによって表される原子配列の集団的放出を大きく変えることができることが示された。
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