論文の概要: Quantum optical experiments towards atom-photon entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.22166v1
- Date: Tue, 29 Jul 2025 18:57:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-31 16:14:17.818803
- Title: Quantum optical experiments towards atom-photon entanglement
- Title（参考訳）: 原子-光子絡み合いへの量子光学実験
- Authors: Markus Weber,
- Abstract要約: 1935年、ベルは局所現実主義の仮定を用いて、量子力学が完全でない2つの絡み合った粒子によるゲダンケンの実験を結論付けた。
特に興味深いのは、原子や光子のような異なる量子オブジェクト間の絡み合いであり、光子の干渉によって遠方の原子を絡めることができるからである。
本論文の第一の目的は、単一の局在化原子と1つの自発的に放出される光子との間の絡み合いの実験的な実現であった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: In 1935 EPR used the assumption of local realism to conclude in a Gedankenexperiment with two entangled particles that quantum mechanics is not complete. Based on this idea Bell constructed an inequality whereby experimental tests could distinguish between quantum mechanics and local-realistic theories. Many experiments have since been done that are consistent with quantum mechanics, disproving the concept of local realism. But all these tests suffered from loopholes allowing a local-realistic explanation of the experimental observations. In this context, of special interest is entanglement between different quantum objects like atoms and photons, because it allows one to entangle distant atoms by the interference of photons. The resulting space-like separation together with the almost perfect detection efficiency of the atoms will allow a first event-ready Bell test closing detection and locality loopholes. The primary goal of the present thesis was the experimental realization of entanglement between a single localized atom and a single spontaneously emitted photon. In the experiment a single optically trapped R87 atom is excited to a state which has two selected decay channels. In the following spontaneous decay a photon is emitted coherently with equal probability into both decay channels. This accounts for perfect correlations between the polarization state of the emitted photon and the Zeeman state of the atom after spontaneous decay. Because these decay channels are spectrally and in all other degrees of freedom indistinguishable, the spin state of the atom is entangled with the polarization state of the photon. To verify entanglement, appropriate correlation measurements in complementary bases of the photon polarization and the internal quantum state of the atom were performed. It is shown, that the generated atom-photon state yields an entanglement fidelity of 0.82.
- Abstract（参考訳）: 1935年、EPRは局所現実主義の仮定を用いて、量子力学が完全でない2つの絡み合った粒子によるゲダンケンの実験を結論付けた。
この考えに基づいてベルは、実験によって量子力学と局所現実論を区別できる不等式を構築した。
その後、量子力学と整合した多くの実験が行われ、局所現実論の概念を否定した。
しかし、これらのテストはすべてループホールに悩まされ、実験結果の局所現実的な説明を可能にした。
この文脈では、特に興味深いのは、光子の干渉によって遠方の原子を絡めることができるため、原子や光子のような異なる量子オブジェクト間の絡み合いである。
結果として生じる宇宙のような分離と、原子のほぼ完全な検出効率は、最初の事象対応のベル試験閉口検出と局所性ループホールを可能にする。
本論文の第一の目的は、単一の局在化原子と1つの自発的に放出される光子との間の絡み合いの実験的な実現であった。
実験では、光学的に閉じ込められた1つのR87原子が、2つの選択された崩壊チャネルを持つ状態に励起される。
次の自発的崩壊では、光子は両減衰チャネルに等しい確率でコヒーレントに放出される。
このことは、発光された光子の偏光状態と自発的崩壊後の原子のゼーマン状態との完全な相関を説明できる。
これらの崩壊チャネルはスペクトル的であり、他の全ての自由度では区別できないため、原子のスピン状態は光子の偏光状態と絡み合っている。
エンタングルメントを検証するため、光子偏光の相補的基底と原子の内部量子状態の適切な相関測定を行った。
生成した原子-光子状態は、絡み合いの密度が 0.82 であることを示す。
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