論文の概要: Asymmetric Biphoton Generation under Ground-State Decoherence and Phase Mismatch in a Cold Atomic Ensemble

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06650v1
• Date: Sat, 10 May 2025 13:57:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-13 20:21:48.964548
• Title: Asymmetric Biphoton Generation under Ground-State Decoherence and Phase Mismatch in a Cold Atomic Ensemble
• Title（参考訳）: 低温原子集合体における非対称二光子生成と相ミスマッチ
• Authors: Jiun-Shiuan Shiu, Chang-Wei Lin, Yong-Fan Chen,
• Abstract要約: 自然発生4波混合における基底状態のデコヒーレンスと位相ミスマッチがバイフォトン生成に与える影響について検討した。 その結果,ストークスおよびアンチストークス光子生成速度に有意な非対称性が認められた。 基底状態のデコヒーレンスは時間的に相関した光子の生成を減少させるが、パラドックス的に二光子純度を高める。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present an experimental investigation of how ground-state decoherence and phase mismatch influence biphoton generation in double-{\Lambda} spontaneous four-wave mixing (SFWM) within a cold atomic ensemble. Our results reveal significant asymmetry in the Stokes and anti-Stokes photon generation rates, arising from the distinct effects of phase mismatch and ground-state decoherence. While phase mismatch primarily drives this asymmetry under minimal decoherence, larger decoherence further amplifies it, underscoring the complex interplay between these factors. Using the coincidence count rate representation, we provide insights into pairing ratios and demonstrate that the stimulated four-wave mixing process inherent in SFWM explains the observed phenomena. Interestingly, although ground-state decoherence reduces the generation of temporally correlated photons, it paradoxically enhances biphoton purity, as confirmed through conditional autocorrelation measurements. This counterintuitive phenomenon is reported here for the first time. Furthermore, unconditional autocorrelation measurements show that the generated photons follow a thermal-state distribution, consistent with theoretical predictions. This study advances the understanding of biphoton generation dynamics and temporal photon correlations in SFWM, offering valuable insights for optimizing SFWM-based biphoton sources and their applications in quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, コールド原子アンサンブル内において, 自然発生4波混合(SFWM)における基底状態の脱コヒーレンスと位相ミスマッチがバイフォトン生成に与える影響を実験的に検討した。 その結果, 位相ミスマッチと基底状態デコヒーレンスの影響により, ストークスおよび反ストークス光子生成速度に有意な非対称性が認められた。 位相ミスマッチは、主にこの非対称性を最小のデコヒーレンスの下で駆動するが、より大きいデコヒーレンスによってさらに増幅され、これらの因子間の複雑な相互作用が強調される。 一致数率表現を用いて、ペアリング比の洞察を与え、SFWMに固有の刺激された4波混合過程が観察された現象を説明する。 興味深いことに、基底状態のデコヒーレンスは時間的に相関した光子の生成を減少させるが、条件付き自己相関測定によって確認されたように、パラドックス的に双光子純度を高める。 この反直感現象が初めて報告される。 さらに、無条件自己相関測定により、生成した光子は理論的な予測と一致して熱状態分布に従うことが示された。 本研究では、SFWMにおけるバイフォトン生成ダイナミクスと時間光子相関の理解を深め、SFWMに基づくバイフォトン源の最適化とその量子技術への応用に関する貴重な知見を提供する。

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