論文の概要: Cavity Quantum Electrodynamics with Atom Arrays in Free Space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.15434v1
- Date: Mon, 23 Sep 2024 18:01:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-26 13:10:19.048672
- Title: Cavity Quantum Electrodynamics with Atom Arrays in Free Space
- Title（参考訳）: 自由空間における原子アレイを用いたキャビティ量子電磁力学
- Authors: David Castells-Graells, J. Ignacio Cirac, Dominik S. Wild,
- Abstract要約: キャビティ量子電磁力学(キャビティQED)は、単一光子レベルでの光-物質相互作用の制御を可能にする。
自由空間に閉じ込められた原子に基づく空洞QEDアーキテクチャを提案する。
本稿では,従来の空洞QEDパラメータを用いて,原子の2次元配列を記述できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3277163122167433
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Cavity quantum electrodynamics (cavity QED) enables the control of light-matter interactions at the single-photon level, rendering it a key component of many quantum technologies. Its practical realization, however, is complex since it involves placing individual quantum emitters close to mirror surfaces within a high-finesse cavity. In this work, we propose a cavity QED architecture fully based on atoms trapped in free space. In particular, we show that a pair of two-dimensional, ordered arrays of atoms can be described by conventional cavity QED parameters. Such an atom-array cavity exhibits the same cooperativity as a conventional counterpart with matching mirror specifications even though the cavity coupling strength and decay rate are modified by the narrow bandwidth of the atoms. We estimate that an array cavity composed of $^{87}\mathrm{Rb}$ atoms in an optical lattice can reach a cooperativity of about $10$. This value can be increased suppressing atomic motion with larger trap depths and may exceed $10^4$ with an ideal placement of the atoms. To reduce the experimental complexity of our scheme, we propose a spatially dependent AC Stark shift as an alternative to curving the arrays, which may be of independent interest. In addition to presenting a promising platform for cavity QED, our work creates opportunities for exploring novel phenomena based on the intrinsic nonlinearity of atom arrays and the possibility to dynamically control them.
- Abstract（参考訳）: キャビティ量子電磁力学(キャビティQED)は、単一光子レベルでの光-物質相互作用の制御を可能にし、多くの量子技術の主要な構成要素である。
しかし、実際の実現は、個々の量子エミッターをミラー表面の近くに高精細な空洞に配置するので、複雑である。
本研究では,自由空間に閉じ込められた原子をベースとした空洞QEDアーキテクチャを提案する。
特に, 従来の空洞QEDパラメータにより, 原子の2次元配列を記述できることが示されている。
このような原子線キャビティは、キャビティ結合強度と崩壊速度が原子の狭い帯域幅によって変化しても、従来のミラー仕様と同等の協調性を示す。
我々は、光学格子中の$^{87}\mathrm{Rb}$原子からなるアレイ空洞が、約10ドルの協調性に達すると見積もっている。
この値は、より大きなトラップ深さで原子の動きを抑制することができ、原子の理想的な配置で10^4$を超える可能性がある。
本手法の実験的複雑さを軽減するため,アレーの硬化の代替として,空間依存型交流スタークシフトを提案する。
キャビティQEDのための有望なプラットフォームの提供に加えて,本研究は,原子配列の固有非線形性と動的制御の可能性に基づいて,新しい現象を探索する機会を創出する。
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