論文の概要: Heterodyne detection of low-frequency fields via Rydberg EIT with phase demodulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.24268v1
• Date: Fri, 30 May 2025 06:46:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-02 19:47:52.810838
• Title: Heterodyne detection of low-frequency fields via Rydberg EIT with phase demodulation
• Title（参考訳）: 位相復調を用いたRydberg EITによる低周波領域のヘテロダイン検出
• Authors: Shenchao Jin, Xiayang Fan, Xin Wang, Yi Song, Yuan Sun,
• Abstract要約: 我々は、Rydberg原子を介して低周波場を検出する特別で低コストでスケーラブルな手法を設計、実装、分析する。 本稿では,Rydberg EIT機構を介して低周波場によって誘導されるプローブレーザの位相変調効果に着目した。 本手法の一般的な原理は、電場と磁場の両方に適用でき、同一装置における両方の機能の組み合わせを実現できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.486794173111519
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Recently, the rapid progress of quantum sensing research reveals that the Rydberg atoms have great potentials in becoming high-precision centimeter-scale antenna of low-frequency fields. In order to facilitate efficient and reliable detection of low-frequency fields via Rydberg atoms, we design, implement and analyze a special but low-cost and scalable method based on heterodyning processes under the condition of electromagnetically induced transparency (EIT) embedded in typical two-photon ground-Rydberg transition. Instead of relying on observing changes in absorption of light by Rydberg atoms, our method focuses on the phase modulation effect on the probe laser induced by the low-frequency fields via the Rydberg EIT mechanism and utilizes a demodulation process to accurately retrieve the signal. The general principles of our method apply to both electric and magnetic fields and it is even possible to realize the combination of both functionalities in the same apparatus. In particular, we experimentally demonstrate the full cycle of operations with respect to both cases. In the measurement of low-frequency electric fields, we discover that the Rydberg dipole-dipole interaction among atoms induce linear superposition of Rydberg states with different angular momentum that generates a first-order response corresponding to the signature of linear Stark effect. As the Rydberg atoms have excellent coupling strengths with electric fields, our results indicate that our method can hopefully reach high-precision performance for practical tasks in the future.
• Abstract（参考訳）: 近年、量子センシング研究の急速な進展により、Rydberg原子は低周波場の高精度センチメートルスケールアンテナとなる大きな可能性を持っていることが明らかになった。 Rydberg原子による低周波場の検出を容易にするために、通常の2光子基底線遷移に埋め込まれた電磁誘導透過(EIT)条件下で、ヘテロダイニングプロセスに基づいて、特別で低コストでスケーラブルな手法を設計、実装、解析する。 本稿では,Rydberg 原子による光の吸収の変化を観測する代わりに,Rydberg EIT 機構を用いて低周波場によって誘導されるプローブレーザの位相変調効果に着目し,信号の正確な回収に復調過程を利用する。 本手法の一般的な原理は、電場と磁場の両方に適用でき、同一装置における両方の機能の組み合わせを実現できる。 特に,両事例について,操作の完全なサイクルを実験的に実証した。 低周波電場の測定において、原子間のリドベルク双極子-双極子相互作用は、線形スターク効果の符号に対応する一階反応を生成する異なる角運動量を持つリドベルク状態の線形重ね合わせを誘導することを発見した。 ライドバーグ原子は電場とのカップリング強度に優れており,本手法が将来,実用上の課題に対して高い精度で達成できることが示唆された。

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