論文の概要: Ultrafast pump-probe phase-randomized tomography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.08855v1
• Date: Wed, 13 Nov 2024 18:37:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-14 16:10:19.894047
• Title: Ultrafast pump-probe phase-randomized tomography
• Title（参考訳）: 超高速ポンププローブ位相ランダム化トモグラフィー
• Authors: Filippo Glerean, Enrico Maria Rigoni, Giacomo Jarc, Shahla Yasmin Mathengattil, Angela Montanaro, Francesca Giusti, Matteo Mitrano, Fabio Benatti, Daniele Fausti,
• Abstract要約: 我々は、ポンププローブ実験と量子光学状態トモグラフィを組み合わせた超高速位相ランダム化トモグラフィーの最初の実装を報告した。 その結果, 音素状態の非古典的特徴を$alpha$-quartzで上限とした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Measuring fluctuations in matter's low energy excitations is the key to unveil the nature of the nonequilibrium response of materials. A promising outlook in this respect is offered by spectroscopic methods that address matter fluctuations by exploiting the statistical nature of light-matter interactions with weak few-photon probes. Here we report the first implementation of ultrafast phase randomized tomography, combining pump-probe experiments with quantum optical state tomography, to measure the ultrafast non-equilibrium dynamics in complex materials. Our approach utilizes a time-resolved multimode heterodyne detection scheme with phase-randomized coherent ultrashort laser pulses, overcoming the limitations of phase-stable configurations and enabling a robust reconstruction of the statistical distribution of phase-averaged optical observables. This methodology is validated by measuring the coherent phonon response in $\alpha$-quartz. By tracking the dynamics of the shot-noise limited photon number distribution of few-photon probes with ultrafast resolution, our results set an upper limit to the non-classical features of phononic state in $\alpha$-quartz and provide a pathway to access nonequilibrium quantum fluctuations in more complex quantum materials.
• Abstract（参考訳）: 物質の低エネルギー励起の変動を測定することは、物質の非平衡反応の性質を明らかにする鍵となる。 この点における有望な展望は、弱い数光子プローブとの光-光相互作用の統計的性質を利用して物質変動に対処する分光法によって提供される。 本稿では, ポンププローブ実験と量子光学的状態トモグラフィーを組み合わせた超高速位相ランダム化トモグラフィーを初めて実施し, 複合材料中の超高速非平衡ダイナミクスを測定する。 本手法では、位相ランダム化コヒーレント超短パルスを用いた時間分解多モードヘテロダイン検出方式を用い、位相安定な構成の限界を克服し、位相平均光オブザーバブルの統計的分布の頑健な再構築を可能にする。 この手法は、$\alpha$-quartzのコヒーレントフォノン応答を測定することによって検証される。 超高速分解能を持つ数光子プローブのショットノイズ制限光子数分布のダイナミクスを追従することにより、より複雑な量子材料における非平衡量子ゆらぎにアクセスするための経路を、$\alpha$-quartzの非古典的状態の非古典的特徴に上限を設定した。

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