論文の概要: Fundamental limits of free-space microwave-to-optical frequency conversion efficiency using Rydberg atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.13160v1
• Date: Wed, 20 Nov 2024 09:50:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-21 16:11:52.221672
• Title: Fundamental limits of free-space microwave-to-optical frequency conversion efficiency using Rydberg atoms
• Title（参考訳）: Rydberg原子を用いた自由空間マイクロ波-光周波数変換の基本的な限界
• Authors: Ya-Nan Lv, Yan-Lei Zhang, Xu-Bo Zou, Guang-Can Guo, Shui-Ming Hu, Chang-Ling Zou,
• Abstract要約: 効率的なマイクロ波-光周波数変換(MOC)は、ラジオメトリー、エレクトロメトリー、量子マイクロ波照明、量子ネットワークなどの応用に不可欠である。 Rydberg原子は、自由空間MOCを実現するためのユニークなプラットフォームを提供し、広帯域でスケーラブルで柔軟な量子インターフェースを約束する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3958317527488534
• License:
• Abstract: Efficient microwave-to-optical frequency conversion (MOC) is crucial for applications such as radiometry, electrometry, quantum microwave illumination and quantum networks. Rydberg atoms provide a unique platform for realizing free-space MOC, promising wide-bandwidth, scalable, and flexible quantum interfaces. Here, we develop a theoretical framework to evaluate the system conversion efficiency, accounting for the mismatch between microwave and optical wavelengths comparing with the atomic ensemble size. Our analysis reveals that the conversion efficiency is fundamentally limited by the focusing of the free-space microwave field, with an upper bound of about 3/16 for diffraction-limited focusing. We propose using a microwave near-field antenna to overcome this limit. Our work provides a foundation for assessing and optimizing free-space MOC, paving the way for a variety of applications based on free-space MOC.
• Abstract（参考訳）: 効率的なマイクロ波-光周波数変換(MOC)は、ラジオメトリー、エレクトロメトリー、量子マイクロ波照明、量子ネットワークなどの応用に不可欠である。 Rydberg原子は、自由空間MOCを実現するためのユニークなプラットフォームを提供し、広帯域でスケーラブルで柔軟な量子インターフェースを約束する。 本稿では、マイクロ波と光波長のミスマッチを原子アンサンブルサイズと比較して考慮し、システム変換効率を評価する理論的枠組みを開発する。 解析の結果,変換効率は自由空間マイクロ波場の集束によって根本的に制限され,上界は約3/16であることがわかった。 この限界を克服するためにマイクロ波近接場アンテナを提案する。 我々の研究は、自由空間MOCの評価と最適化のための基盤を提供し、自由空間MOCに基づく様々なアプリケーションへの道を開く。

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