論文の概要: Quantum vortices of strongly interacting photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.05967v1
• Date: Sun, 12 Feb 2023 18:11:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-14 17:29:28.040558
• Title: Quantum vortices of strongly interacting photons
• Title（参考訳）: 強い相互作用を持つ光子の量子渦
• Authors: Lee Drori, Bankim Chandra Das, Tomer Danino Zohar, Gal Winer, Eilon Poem, Alexander Poddubny, Ofer Firstenberg
• Abstract要約: 渦は非線形物理学における非自明なダイナミクスの目印である。 量子非線形光学媒体における強い光子-光子相互作用による量子渦の実現について報告する。 3つの光子に対して、渦線と中心渦輪の形成は真の3光子相互作用を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 52.131490211964014
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Vortices are a hallmark of topologically nontrivial dynamics in nonlinear physics and arise in a huge variety of systems, from space and atmosphere to condensed matter and quantum gases. In optics, vortices manifest as phase twists of the electromagnetic field, commonly formed by the interaction of light and matter. Formation of vortices by effective interaction of light with itself requires strong optical nonlinearity and has therefore been confined, until now, to the classical regime. Here we report on the realization of quantum vortices resulting from a strong photon-photon interaction in a quantum nonlinear optical medium. The interaction causes faster phase accumulation for co-propagating photons. Similarly to a plate pushing water, the local phase accumulation produces a quantum vortex-antivortex pair within the two-photon wavefunction. For three photons, the formation of vortex lines and a central vortex ring attests to a genuine three-photon interaction. The wavefunction topology, governed by two- and three-photon bound states, imposes a conditional phase shift of $\pi$-per-photon, a potential resource for deterministic quantum logic operations.
• Abstract（参考訳）: 渦は非線形物理学におけるトポロジカルに非自明なダイナミクスの指標であり、宇宙や大気から凝縮物質や量子気体まで、様々なシステムで発生する。 光学では、渦は電磁場の位相ねじれとして現れ、一般的には光と物質の相互作用によって形成される。 光とそれ自身との効果的な相互作用による渦の形成は強い光学的非線形性を必要とし、それゆえこれまで古典的体制に拘束されてきた。 本稿では,量子非線形光学媒体における強い光子-光子相互作用による量子渦の実現について報告する。 この相互作用は、共伝播光子のより速い位相蓄積を引き起こす。 板状の押し水と同様に、局所相の蓄積は2光子波動関数内で量子渦-反渦対を生成する。 3つの光子に対して、渦線と中心渦輪の形成は真の3光子相互作用を示す。 波動関数トポロジーは、2光と3光のバウンド状態によって支配され、決定論的量子論理演算の潜在的資源である$\pi$per-photonの条件相シフトを課す。

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