論文の概要: A dissipation-induced superradiant transition in a strontium cavity-QED system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.11086v2
- Date: Tue, 27 Aug 2024 03:06:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-28 18:28:54.286832
- Title: A dissipation-induced superradiant transition in a strontium cavity-QED system
- Title（参考訳）: ストロンチウムキャビティ-QED系における散逸誘起超ラジカル転移
- Authors: Eric Yilun Song, Diego Barberena, Dylan J. Young, Edwin Chaparro, Anjun Chu, Sanaa Agarwal, Zhijing Niu, Jeremy T. Young, Ana Maria Rey, James K. Thompson,
- Abstract要約: キャビティ量子電磁力学(QED)では、エミッタと共振器が結合し、量子光-物質相互作用の精密な研究を可能にする。
ここでは、超低温8,8$Sr原子のアンサンブルを用いて、CRFモデルで予測される連続超ラジカル相転移の観測を行う。
我々の観測は、量子状態を生成するために予測された駆動散逸系のより細かい制御への第一歩である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In cavity quantum electrodynamics (QED), emitters and a resonator are coupled together to enable precise studies of quantum light-matter interactions. Over the past few decades, this has led to a variety of quantum technologies such as more precise inertial sensors, clocks, memories, controllable qubits, and quantum simulators. Furthermore, the intrinsically dissipative nature of cavity QED platforms makes them a natural testbed for exploring driven-dissipative phenomena in open quantum systems as well as equilibrium and non-equilibrium phase transitions in quantum optics. One such model, the so-called cooperative resonance fluorescence (CRF) model, concerns the behavior of coherently driven emitters in the presence of collective dissipation (superradiance). Despite tremendous interest, this model has yet to be realized in a clean experimental system. Here we provide an observation of the continuous superradiant phase transition predicted in the CRF model using an ensemble of ultracold $^{88}$Sr atoms coupled to a driven high-finesse optical cavity on a long-lived optical transition. Below a critical drive, atoms quickly reach a steady state determined by the self-balancing of the drive and the collective dissipation. The steady state possesses a macroscopic dipole moment and corresponds to a superradiant phase. Above a critical drive strength, the atoms undergo persistent Rabi-like oscillations until other decoherence processes kick in. In fact, our platform also allows us to witness the change of this phase transition from second to first order induced by single-particle spontaneous emission, which pushes the system towards a different steady state. Our observations are a first step towards finer control of driven-dissipative systems, which have been predicted to generate quantum states that can be harnessed for quantum information processing and in particular quantum sensing.
- Abstract（参考訳）: キャビティ量子電磁力学(QED)では、エミッタと共振器が結合し、量子光-物質相互作用の精密な研究を可能にする。
過去数十年間、これはより正確な慣性センサー、時計、記憶、制御可能な量子ビット、量子シミュレータなど、様々な量子技術を生み出してきた。
さらに、空洞QEDプラットフォームの本質的な散逸性の性質は、開量子系における駆動散逸性現象、および量子光学における平衡および非平衡相転移を探索するための自然なテストベッドとなる。
そのようなモデルの一つ、いわゆる協調共鳴蛍光(CRF)モデルは、集団散逸(超放射)の存在下でのコヒーレントに駆動されるエミッタの挙動を懸念している。
非常に興味があるにもかかわらず、このモデルはまだクリーンな実験システムでは実現されていない。
ここでは、長寿命光遷移において駆動された高強度光空洞に結合した超低温の$^{88}$Sr原子のアンサンブルを用いて、CRFモデルで予測される連続超放射相転移を観察する。
臨界駆動の下にある原子は、駆動の自己バランスと集団散逸によって決定される定常状態に素早く到達する。
定常状態は、マクロな双極子モーメントを持ち、超ラジカル相に対応する。
臨界駆動強度の上にある原子は、他のデコヒーレンスプロセスが起動するまで、ラビのような持続的な振動を受ける。
実際、このプラットフォームでは、単一粒子自然放出により誘導される2次から1次への相転移を目撃することができ、システムが異なる定常状態に進むことができる。
我々の観測は、量子情報処理や特に量子センシングに利用可能な量子状態を生成するために予測された、駆動散逸系のより細かい制御への第一歩である。
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