論文の概要: Nonlinear Quantum Optics in an Atomic Cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.03918v1
- Date: Tue, 7 Nov 2023 11:54:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-08 15:48:24.197637
- Title: Nonlinear Quantum Optics in an Atomic Cavity
- Title（参考訳）: 原子空洞内の非線形量子光学
- Authors: Simon Panyella Pedersen
- Abstract要約: 2レベル原子のサブ波長格子からなる空洞が、光子を長い時間非線形環境に閉じ込めることができるかを見る。
これはキャビティ内の強い光子-光子相互作用を物語っている。
この解析的記述は、相互作用する光子の多体物理学を二次元的に正確に研究する可能性を持っている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The idea of making photons effectively interact has attracted a lot of
interest in recent years, for several reasons. Firstly, since photons do not
naturally interact with each other, it is of fundamental physical interest to
see what kind of medium can mediate interactions between these fundamental and
non-interacting particles, and to what extent. Secondly, photonics is a major
candidate for future quantum technology, due to the easy manipulation, readout,
and transport of photons, which makes them ideal for quantum information
processing. Finally, achieving strong and tunable interactions among photons
would open up an avenue for exploring the many-body physics of a fluid of
light. In this thesis, we will see how a cavity formed of subwavelength
lattices of two-level atoms can confine photons to a nonlinear environment for
a long time, such that emitted photons have accumulated strong correlations
both among their momenta and in their temporal statistics. This speaks of a
strong photon-photon interaction within the cavity. The nonlinearity originates
in the saturability of individual atoms, and the lattice structure results in a
strong and low-loss collective interaction with light. While a single atomic
lattice has a largely linear nature, as the effect of individual atoms washes
out in the collective response, the confining geometry of the cavity means the
photons are exposed to the underlying saturability of the atoms for such a long
time that the nonlinearity is revived. We will analyse this system both using a
standard input-output formalism, where the nonlinear physics of the system is
handled numerically, and a powerful Green's function-based approach that allows
for exact analytical results with no additional approximations. This analytical
description has the potential to lead to an exact study of the many-body
physics of interacting photons in a two-dimensional setting.
- Abstract（参考訳）: 光子を効果的に相互作用させるという考えは、いくつかの理由から近年多くの関心を集めている。
第一に、光子は自然に相互作用しないので、どんな媒体がこれらの基本粒子と非相互作用粒子の相互作用を仲介できるか、そしてどの程度の程度を観察することは、基本的な物理的関心事である。
第二に、フォトニクスは光子の操作、読み出し、輸送が容易であるため、将来の量子技術の主要な候補であり、量子情報処理に最適である。
最後に、光子間の強力で調整可能な相互作用を達成することで、光流体の多体物理学を探求する道を開くことになる。
この論文では、2レベル原子のサブ波長格子からなる空洞が、光子を長い時間非線形環境に閉じ込めることができ、放射された光子がモータと時間統計の間に強い相関関係を蓄積していることを示す。
これは空洞内で強い光子-光子相互作用を示す。
非線形性は個々の原子の飽和度に起因し、格子構造は光との強い低損失な集団相互作用をもたらす。
単一の原子格子は概して線形な性質を持つが、個々の原子の効果が集団反応で洗い出されるため、空洞の凝縮幾何学は光子が非線形性が復活するまでの長い時間、原子の基底飽和度に曝されることを意味する。
我々は,システムの非線形物理学を数値的に扱う標準的な入力出力形式と,さらなる近似を伴わずに正確な解析結果を得られるグリーン関数に基づく強力なアプローチの両方を用いて,このシステムを解析する。
この解析的な記述は、2次元の設定で相互作用する光子の多体物理学の正確な研究につながる可能性がある。
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