論文の概要: Robust quantum sensors with twisted-light fields induced optical
transitions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.17620v1
- Date: Fri, 30 Jun 2023 12:51:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-03 12:25:58.563800
- Title: Robust quantum sensors with twisted-light fields induced optical
transitions
- Title（参考訳）: ツイスト光場誘起光遷移によるロバスト量子センサ
- Authors: T. Zanon-Willette, F. Impens, E. Arimondo, D. Wilkowski, A.V.
Taichenachev and V.I. Yudin
- Abstract要約: 新しい量子工学的ロバストセンサーのクラスは、光渦ビーム(英語版)として知られるねじれ光を適用して提案されている。
この方法は、空間的に調整された電場と磁場を導入し、原子選択規則を書き換える。
光渦と複合パルスとの工学的光-物質相互作用は、原子および分子実験プラットフォームに有用である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A new class of quantum engineered robust sensors is proposed by applying
twisted-light also known as optical vortex beams to drive ultra-narrow atomic
transitions in neutral Ca, Mg, Yb, Sr, Hg and Cd bosonic isotopes. This
innovative all-optical spectroscopic method introduces spatially tailored
electric and magnetic fields to fully rewrite atomic selection rules reducing
simultaneously probe-induced frequency-shifts and additional action of external
ac and dc field distortions. A twisted-light focused probe beam produces strong
longitudinal electric and magnetic fields along the laser propagation axis
which opens the 1S0-3P0 doubly forbidden clock transition with a high E1M1
two-photon excitation rate. This long-lived clock transition is thus immune to
nonscalar electromagnetic perturbations. Zeeman components of the M2 magnetic
quadrupole 1S0-3P2 transition considered for quantum computation and simulation
are now selectively driven by transverse or longitudinal field gradients with
vanishing electric fields. These field gradients are manipulated by the mutual
action of orbital and spin angular momentum of the light beam and are used in
presence of tunable vector and tensor polarizabilities. A combination of these
two different twisted-light induced clock transitions within a single quantum
system, at the same magic wavelength and in presence of a common thermal
environment significantly reduces systematic uncertainties. Furthermore, it
generates an optical synthetic frequency which efficiently limits the blackbody
radiation shift and its variations at room temperature. Engineering
light-matter interaction with optical vortices and composite pulses will
benefit to atomic and molecular experimental platforms targeting an optimal
coherent control of quantum states, reliant quantum simulation, precision tests
of fundamental theories in physics and high-accuracy optical metrology.
- Abstract（参考訳）: 新しい量子工学的ロバストセンサーのクラスは、中性Ca, Mg, Yb, Sr, Hg, Cdボソニック同位体中の超狭い原子遷移を駆動するために、光渦ビームとして知られるツイスト光を適用して提案されている。
この革新的な全光学分光手法は、空間的に調整された電場と磁場を導入し、プローブ誘起周波数シフトと外部交流および直流磁界歪みの付加作用を同時に低減する原子選択規則を完全に書き換える。
ツイスト光集光プローブビームは、高E1M12光子励起速度で1S0-3P0の2倍のクロック遷移を開放するレーザ伝播軸に沿って強い縦方向の電場及び磁場を生成する。
この長寿命の時計転移は非スカラー電磁摂動に免疫を持つ。
量子計算とシミュレーションのために考慮されたm2磁気四極子1s0-3p2遷移のゼーマン成分は、電界が消滅した横または縦の磁場勾配によって選択的に駆動される。
これらの場勾配は光ビームの軌道角運動量とスピン角運動量の相互作用によって操作され、可変ベクトルとテンソル偏光率の存在下で用いられる。
これら2つの異なるねじれ光誘起クロック遷移の組み合わせは、同じ魔法の波長で、共通の熱環境が存在する場合、不確実性を著しく減少させる。
さらに、ブラックボディの放射シフトとその室温での変動を効率的に制限する光学合成周波数を生成する。
光渦と複合パルスとの工学的光・物質相互作用は、量子状態の最適コヒーレント制御、相対量子シミュレーション、物理学の基本理論の精密試験、高精度光計測をターゲットとした原子および分子実験プラットフォームに恩恵をもたらす。
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