論文の概要: Efficient Two Photon Generation from an Atom in a Cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.08511v1
- Date: Fri, 11 Apr 2025 13:23:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-14 14:18:25.760684
- Title: Efficient Two Photon Generation from an Atom in a Cavity
- Title（参考訳）: キャビティ内の原子からの効率よい2光子生成
- Authors: M. I. Mazhari, Rituraj,
- Abstract要約: 2光子状態は、メトロジー、リソグラフィ、通信などの量子技術に必須である。
2光子生成の主要な方法の1つはパラメトリックダウンコンバージョンに基づいているが、これは低効率とフットプリントに悩まされている。
この研究は、二重共振共振器内の原子からの2光子生成という別のアプローチの詳細な研究である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9208007322096533
- License:
- Abstract: Two-photon states are essential for quantum technologies such as metrology, lithography, and communication. One of the main methods of two-photon generation is based on parametric down-conversion, but this suffers from low efficiency and a large footprint. This work is a detailed investigation of an alternative approach: two-photon generation from an atom in a doubly resonant cavity. The system, consisting of an atom interacting with two modes of the cavity, is modelled by the Lindblad Master Equation. An approximate analytical solution is derived, using a novel approximation method, to determine the practically achievable limits on efficiency and brightness. The model also predicts the optimal cavity parameters for achieving these limits. For experimentally feasible parameters, the maximum efficiency turns out to be approximately $0.1\%$, which is about three orders of magnitude greater than that of parametric down-conversion-based methods. The optimal rate and efficiency for two-photon generation are achieved when the outcoupling rate of the cavity mode at the two-photon emission frequency matches the single-photon atom-field coupling strength. Moreover, the outcoupling rate of the cavity mode at the one-photon emission frequency for single photons should be minimized. The cavity field properties are also examined by studying the second-order correlation function at zero time delay and the Fano Factor. The quantum-jump framework, combined with Monte Carlo simulations, is used to characterize the mechanism of two-photon emission and the emission spectra of the cavity. Two-photon emission is demonstrated to be a rapid cascade process of quantum jumps, and the spectrum exhibits distinct peaks that correspond to transitions between the manifolds of the system.
- Abstract（参考訳）: 2光子状態は、メトロジー、リソグラフィ、通信などの量子技術に必須である。
2光子生成の主要な方法の1つはパラメトリックダウンコンバージョンに基づいているが、これは低効率とフットプリントに悩まされている。
この研究は、二重共振共振器内の原子からの2光子生成という別のアプローチの詳細な研究である。
この系は空洞の2つのモードと相互作用する原子で構成され、リンドブラッド・マスター方程式によってモデル化される。
近似解析解を新しい近似法を用いて導出し、効率と明るさに関する現実的に達成可能な限界を決定する。
このモデルはまた、これらの限界を達成するための最適な空洞パラメータを予測する。
実験により実現可能なパラメータについて、最大効率は約0.1\%$であり、パラメトリックダウンコンバージョン法よりも約3桁大きいことが判明した。
2光子放出周波数におけるキャビティモードのアウトカップリング速度が1光子原子-磁場結合強度と一致した場合に、2光子生成の最適速度と効率が達成される。
さらに、単一光子の1光子放射周波数におけるキャビティモードのアウトカップリング速度を最小化する必要がある。
また, ゼロ時間遅延における2次相関関数とファノ係数を検討した結果, キャビティ場特性についても検討した。
量子ジャンプフレームワークはモンテカルロシミュレーションと組み合わせて、2光子放出のメカニズムとキャビティの放出スペクトルを特徴づけるために用いられる。
2光子放出は量子ジャンプの急激なカスケード過程であり、スペクトルは系の多様体間の遷移に対応する異なるピークを示す。
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