論文の概要: Effects of finite trapping on the decay, recoil, and decoherence of dark states of quantum emitter arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.09851v1
• Date: Fri, 14 Feb 2025 01:27:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-17 18:06:46.447878
• Title: Effects of finite trapping on the decay, recoil, and decoherence of dark states of quantum emitter arrays
• Title（参考訳）: 量子エミッタアレイの暗黒状態の崩壊, 再コイル, 脱コヒーレンスに及ぼす有限トラップの影響
• Authors: M. Eltohfa, F. Robicheaux,
• Abstract要約: 1次元導波路または自由空間における2, 3, 多くの原子の長寿命サブラジアント状態に対する有限トラップ強度の影響について検討した。 比較的密なトラップでは、共有電子励起の崩壊は励起状態の寿命に比例する原子にエネルギーを与える。 本研究は,量子メモリの挙動と原子配列実験に関する知見を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The collective interaction of electronic excitations with the electromagnetic field in atomic arrays can lead to significantly reduced decay rates, resulting in the formation of subradiant states with promising applications in quantum information and quantum memories. In many previous studies, atoms are assumed to be perfectly positioned and fixed. In this work, we investigate the effects of finite trap strength on the long-lived subradiant states for two, three, and many atoms in a 1D waveguide or free space. We demonstrate that the decay rate is lower bounded by the spatial spread of the motional wavefunction, which is non-zero even for the vibrational ground state. Additionally, in relatively tight traps, the decay of a shared electronic excitation imparts recoil energy to the atoms, which is proportional to the lifetime of the excited state. In a 1D waveguide, this energy can reach a vibrational quantum, even in the Lamb-Dicke regime. Furthermore, for atoms in weaker traps, the induced dipole forces become significant, causing the atoms to undergo motion prior to decay. This motion results in a time-dependent decay rate, an additional energy transfer to the atoms following decay, and mixing between the different electronic eigenstates. Consequently, these effects lead to decoherence and a reduction in the fidelity of a stored electronic eigenstate. Infidelity can be mitigated by either decreasing the induced forces or increasing the trap strength. For quantum information storage, these considerations suggest optimal array configurations, both in terms of geometric arrangements and polarization directions. Our findings provide insights for the behavior of quantum memories and atom array experiments.
• Abstract（参考訳）: 原子配列における電子励起と電磁場との集合的相互作用は、崩壊率を著しく低下させ、量子情報や量子メモリに有望な応用をもたらすサブラジアント状態を形成する。 多くの過去の研究で、原子は完全に位置決めされ固定されていると仮定されている。 本研究では, 1次元導波路あるいは自由空間における2, 3, 多くの原子の長寿命サブラジアント状態に対する有限トラップ強度の影響について検討する。 振動基底状態においても非ゼロの運動波動関数の空間拡散により減衰速度が低下することが実証された。 さらに、共有電子励起の崩壊は、励起状態の寿命に比例する原子に反動エネルギーを与える。 1D導波路では、このエネルギーはラム・ディッケ系でも振動量子に到達できる。 さらに、より弱いトラップの原子では、誘導された双極子力が重要となり、崩壊前に原子が運動する。 この運動は時間依存の崩壊速度、崩壊後の原子への追加のエネルギー移動、および異なる電子固有状態間の混合をもたらす。 その結果、これらの効果はデコヒーレンスと保存された電子固有状態の忠実度を低下させる。 誘導力の低下またはトラップ強度の増大により不忠実を緩和することができる。 量子情報記憶の場合、これらの考慮事項は幾何学的配置と偏光方向の両方において最適な配列構成を提案する。 本研究は,量子メモリの挙動と原子配列実験に関する知見を提供する。

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