論文の概要: Cavity QED in a High NA Resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.04784v1
- Date: Fri, 5 Jul 2024 18:00:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-09 22:36:40.232069
- Title: Cavity QED in a High NA Resonator
- Title（参考訳）: 高NA共振器におけるキャビティQED
- Authors: Danial Shadmany, Aishwarya Kumar, Anna Soper, Lukas Palm, Chuan Yin, Henry Ando, Bowen Li, Lavanya Taneja, Matt Jaffe, David Schuster, Jon Simon,
- Abstract要約: 新しい数値開口型レンズベース共振器は、その基本的限界に近いラウンドトリップ当たりの単原子単光子吸収確率を推し進める。
この共振器は、光が10回しか循環しないキャビティにおいて強い光と物質を結合させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.785011027356357
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: From fundamental studies of light-matter interaction to applications in quantum networking and sensing, cavity quantum electrodynamics (QED) provides a platform-crossing toolbox to control interactions between atoms and photons. The coherence of such interactions is determined by the product of the single-pass atomic absorption and the number of photon round-trips. Reducing the cavity loss has enabled resonators supporting nearly 1-million optical roundtrips at the expense of severely limited optical material choices and increased alignment sensitivity. The single-pass absorption probability can be increased through the use of near-concentric, fiber or nanophotonic cavities, which reduce the mode waists at the expense of constrained optical access and exposure to surface fields. Here we present a new high numerical-aperture, lens-based resonator that pushes the single-atom-single-photon absorption probability per round trip close to its fundamental limit by reducing the mode size at the atom below a micron while keeping the atom mm-to-cm away from all optics. This resonator provides strong light-matter coupling in a cavity where the light circulates only ~ 10 times. We load a single 87Rb atom into such a cavity, observe strong coupling, demonstrate cavity-enhanced atom detection with imaging fidelity of 99.55(6) percent and survival probability of 99.89(4) percent in 130 microseconds, and leverage this new platform for a time-resolved exploration of cavity cooling. The resonator's loss-resilience paves the way to coupling of atoms to nonlinear and adaptive optical elements and provides a minimally invasive route to readout of defect centers. Introduction of intra-cavity imaging systems will enable the creation of cavity arrays compatible with Rydberg atom array computing technologies, vastly expanding the applicability of the cavity QED toolbox.
- Abstract（参考訳）: 光-物質相互作用の基礎研究から量子ネットワークとセンシングへの応用に至るまで、空洞量子電磁力学(QED)は、原子と光子の相互作用を制御するためのプラットフォーム交差ツールボックスを提供する。
このような相互作用のコヒーレンスは、単一パス原子吸光と光子ラウンドトリップの数によって決定される。
キャビティ損失の低減により、非常に限られた光学材料選択とアライメント感度の向上を犠牲にして、100万近い光ラウンドトリップをサポートする共振器が実現された。
シングルパス吸収確率は、近心性、繊維またはナノフォトニックキャビティを使用することで増大し、光アクセスの制約と表面場への露出を犠牲にしてモードウエストを低減することができる。
ここでは, 単一原子-単光子吸収確率を基本限界に近づけ, 原子のモードサイズをマイクロン以下に減らし, 原子-単光子吸収率を全光学系から1-cm遠ざかる新しい高開口型レンズ型共振器を提案する。
この共振器は、光が10回程度しか循環しないキャビティにおいて強い光と物質を結合させる。
このようなキャビティに1つの87Rb原子をロードし、強い結合を観察し、キャビティ強化原子検出を99.55(6)パーセント、生存確率99.89(4)%の130マイクロ秒で実証し、この新しいプラットフォームを利用してキャビティ冷却を時間分解した探索を行う。
共振器の損失抵抗性は、原子を非線形で適応的な光学素子に結合する方法を舗装し、欠陥中心の読み出しに最小限の侵襲的な経路を提供する。
キャビティ内イメージングシステムの導入により、Rydberg原子配列計算技術と互換性のあるキャビティアレイの作成が可能になり、キャビティQEDツールボックスの適用性を大幅に拡大する。
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