論文の概要: Collectively enhanced Ramsey readout by cavity sub- to superradiant transition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.12544v1
• Date: Wed, 21 Jun 2023 20:18:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-23 16:24:30.089109
• Title: Collectively enhanced Ramsey readout by cavity sub- to superradiant transition
• Title（参考訳）: キャビティサブからスーパーラジアント遷移によるRamsey読解能の増強
• Authors: Eliot Bohr, Sofus L. Kristensen, Christoph Hotter, Stefan Alaric Sch\"affer, Julian Robinson-Tait, Jan W. Thomsen, Tanya Zelevinsky, Helmut Ritsch, J\"org Helge M\"uller
• Abstract要約: 狭光遷移における超放射能放射の最小閾値を実験的に検証した。 $pi/2$-pulseは、原子を包括的空洞崩壊から保護するサブラジアント状態に配置する。 このスキームは、その速度、単純さ、高感度を特徴とする、原子状態の読み出しに対する根本的に新しいアプローチである。
• 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: When an inverted ensemble of atoms is tightly packed on the scale of its emission wavelength or when the atoms are collectively strongly coupled to a single cavity mode, their dipoles will align and decay rapidly via a superradiant burst. However, a spread-out dipole phase distribution theory predicts a required minimum threshold of atomic excitation for superradiance to occur. Here we experimentally confirm this predicted threshold for superradiant emission on a narrow optical transition when exciting the atoms transversely and show how to take advantage of the resulting sub- to superradiant transition. A $\pi/2$-pulse places the atoms in a subradiant state, protected from collective cavity decay, which we exploit during the free evolution period in a corresponding Ramsey pulse sequence. The final excited state population is read out via superradiant emission from the inverted atomic ensemble after a second $\pi/2$-pulse, and with minimal heating this allows for multiple Ramsey sequences within one experimental cycle. Our scheme is a fundamentally new approach to atomic state readout characterized by its speed, simplicity, and high sensitivity. It demonstrates the potential of sensors using collective effects in cavity-coupled quantum emitters.
• Abstract（参考訳）: 逆の原子のアンサンブルが放射波長のスケールで密に充填されているときや、原子が単一のキャビティモードに強く結合されているとき、それらのダイポールは超ラジカルバーストを介して急速に整列して崩壊する。 しかし、拡散型双極子相分布理論は、超放射光の発生に必要な原子励起の最小しきい値を予測する。 ここでは、原子を横方向に励起する際に、狭い光遷移における超放射能放出の予測しきい値を実験的に確認し、その結果の準放射能遷移の活用方法を示す。 $\pi/2$-pulse は原子をサブラジアント状態に配置し、それに対応するラムゼーパルス列における自由進化期に利用した集合的空洞崩壊から保護する。 最終的な励起状態の個体数は、2回目の$\pi/2$-pulseの後、反転原子アンサンブルからの超ラジアント放出によって読み出され、最小限の加熱で1つの実験サイクル内で複数のラムジー配列が可能になる。 提案手法は,その速度,単純さ,高感度を特徴とする,原子状態読み出しに対する根本的な新しいアプローチである。 キャビティ結合量子エミッタにおける集団効果を利用したセンサの可能性を示す。

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