論文の概要: Strong interactions between integrated microresonators and alkali atomic vapors: towards single-atom, single-photon operation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.04372v1
- Date: Fri, 5 Apr 2024 19:33:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-09 21:28:04.022766
- Title: Strong interactions between integrated microresonators and alkali atomic vapors: towards single-atom, single-photon operation
- Title（参考訳）: 集積マイクロ共振器とアルカリ原子蒸気の強い相互作用--単一原子・単一光子操作に向けて
- Authors: Roy Zektzer, Xiyuan Lu, Khoi Tuan Hoang, Rahul Shrestha, Sharoon Austin, Feng Zhou, Ashish Chanana, Glenn Holland, Daron Westly, Paul Lett, Alexey V. Gorshkov, Kartik Srinivasan,
- Abstract要約: 単一光子演算は量子ゲートとソースに必要である。
低温原子、量子ドット、結晶中の色中心は、単一の光子操作を示す系の一つである。
この問題に対する解決策は、光と光の相互作用が強化され、操作量が少なくなるナノフォトニックキャビティにある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7170666557133454
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Cavity quantum electrodynamics (cQED), the interaction of a two-level system with a high quality factor (Q) cavity, is a foundational building block in different architectures for quantum computation, communication, and metrology. The strong interaction between the atom and the cavity enables single photon operation which is required for quantum gates and sources. Cold atoms, quantum dots, and color centers in crystals are amongst the systems that have shown single photon operations, but they require significant physical infrastructure. Atomic vapors, on the other hand, require limited experimental infrastructure and are hence much easier to deploy outside a laboratory, but they produce an ensemble of moving atoms that results in short interaction times involving multiple atoms, which can hamper quantum operations. A solution to this issue can be found in nanophotonic cavities, where light-matter interaction is enhanced and the volume of operation is small, so that fast single-atom, single-photon operations are enabled. In this work, we study the interaction of an atomically-clad microring resonator (ACMRR) with different-sized ensembles of Rb atoms. We demonstrate strong coupling between an ensemble of ~50 atoms interacting with a high-quality factor (Q > 4 x 10^5) ACMRR, yielding a many-atom cooperativity C ~ 5.5. We continue to observe signatures of atom-photon interaction for a few (< 3) atoms, for which we observe saturation at the level of one intracavity photon. Further development of our platform, which includes integrated thermo-optic heaters to enable cavity tuning and stabilization, should enable the observation of interactions between single photons and single atoms.
- Abstract（参考訳）: キャビティ量子電磁力学(Cavity quantum electrodynamics, CQED)は、量子計算、通信、気象学の異なるアーキテクチャにおける基礎的な構成要素である。
原子と空洞の間の強い相互作用は、量子ゲートとソースに必要な単一の光子操作を可能にする。
結晶中の低温原子、量子ドット、色中心は、単一の光子操作を示す系のうちの1つであるが、それらはかなりの物理的基盤を必要とする。
一方、原子蒸気は実験的なインフラが限られており、実験室外での展開がずっと容易であるが、複数の原子との相互作用が短くなるため、量子操作を妨害する可能性がある。
この問題に対する解決策は、光と光の相互作用が強化され、操作の体積が小さく、高速な単原子・単光子操作が可能となるナノフォトニックキャビティにある。
本研究では,原子型マイクロリング共振器(ACMRR)とRb原子の異なる大きさのアンサンブルとの相互作用について検討する。
高品質な因子 (Q > 4 x 10^5) ACMRR と相互作用する ~50 個の原子のアンサンブル間の強い結合が示され、多原子協調性C ~ 5.5 が得られる。
数個の(<3)原子に対して原子-光子相互作用のシグネチャを観測し続け、そこでは1つのキャビティ・フォトンレベルの飽和を観察する。
キャビティチューニングと安定化を可能にする集積型熱光学ヒーターを含む我々のプラットフォームの開発は、単一光子と単一原子との相互作用の観測を可能にする。
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