論文の概要: Engineering quantum control with twisted-light fields induced optical
transitions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.17620v2
- Date: Tue, 19 Sep 2023 11:53:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-20 19:30:20.854035
- Title: Engineering quantum control 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工学的量子制御
- Authors: T. Zanon-Willette, F. Impens, E. Arimondo, D. Wilkowski, A.V.
Taichenachev and V.I. Yudin
- Abstract要約: 光渦ビームとしても知られるツイスト光を応用した新しい量子制御法が提案されている。
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。
光渦による工学的な光-物質相互作用は、実験原子と分子の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 novel form of quantum control 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 by optical vortices will benefit to experimental
atomic and molecular platforms targeting an optimal coherent control of quantum
states, reliant quantum simulation, novel approach to atomic interferometry and
precision tests of fundamental theories in physics and high-accuracy optical
metrology.
- Abstract（参考訳）: 光渦ビームとしても知られるツイスト光を用いて、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新しい量子制御法を提案する。
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。
光渦による工学的な光-物質相互作用は、量子状態の最適コヒーレントな制御、依存量子シミュレーション、原子干渉計への新しいアプローチ、物理学および高精度光メトロジーの基礎理論の精密テストをターゲットにした実験原子および分子プラットフォームに恩恵をもたらす。
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