論文の概要: Strong-coupling quantum optics in free space with holes in a Fermi sea
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.15935v1
- Date: Mon, 14 Sep 2026 17:43:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 07:15:06.5369
- Title: Strong-coupling quantum optics in free space with holes in a Fermi sea
- Title（参考訳）: フェルミ海に穴を持つ自由空間における強結合量子光学
- Abstract要約: 単一原子の中心波動関数からアンテナを設計する手法を提案する。
線形応答状態において、ウェーブパケットアンテナが単一原子ミラーとなることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.57406700845869
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Coherent and efficient light-matter interfaces between an atom and a single mode of the electromagnetic field are essential for quantum technologies. Traditionally, these systems employ optical cavities or waveguides to isolate a specific mode of light, but a more recent approach is to engineer antennas from ordered configurations of trapped ultracold atoms that exhibit controllable and directed scattering. In this work, we propose a method to engineer an antenna from the center-of-mass wavefunction of a single atom, which can produce directed emission and thereby exhibit strong coupling to a target mode of light in free space. We predict that the resulting single-atom cooperativity can be comparable to the current state of the art in optical cavity and waveguide QED experiments. Building on this approach, we show that a wavepacket antenna becomes a single-atom mirror in the linear response regime. We study the modified dipole-dipole interactions and band structure of chains of such emitters, which can exhibit sub- and superradiance at spacings much larger than the wavelength of the light. Extending our approach to multi-level atoms, we propose a method to achieve arbitrary spatial scattering from a single atom, including uni-directional spontaneous emission. Finally, we elucidate how our approach can enhance cooperative scattering in conventional arrays of tightly trapped atoms.
- Abstract（参考訳）: 原子と電磁場の単一モードの間のコヒーレントで効率的な光物質界面は量子技術にとって不可欠である。
伝統的に、これらのシステムは特定の光モードを分離するために光学キャビティまたは導波路を用いるが、より最近のアプローチは、制御可能で指向的な散乱を示す閉じ込められた超低温原子の秩序な構成からアンテナを設計することである。
本研究では,単一原子の中心波動関数からアンテナを設計する手法を提案する。
得られた単一原子の協調性は、光キャビティおよび導波路QED実験における現在の最先端技術に匹敵する可能性があると予測する。
このアプローチに基づいて、線形応答状態においてウェーブパレットアンテナが単一原子ミラーとなることを示す。
本研究は,光の波長よりもはるかに大きい間隔でサブ・超輝度を示すことができるダイポール-双極子相互作用と,そのようなエミッタの鎖のバンド構造について検討する。
マルチレベル原子へのアプローチを拡張し,一方向自発放出を含む単一原子からの任意の空間散乱を実現する手法を提案する。
最後に, 従来より密に閉じ込められた原子の配列において, 協調散乱をいかに高めるかを明らかにする。
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