基于热原子与光子晶体腔相互作用的腔 QED：可行性研究
量子物理
2020-02-19 v1 光学
摘要
腔 QED 的范式是一个二能级发射体与高品因子单模光学谐振腔相互作用。发射体与光子波函数的杂化要求大的真空 Rabi 频率与长的相干时间；这些特征迄今已通过囚禁冷原子与离子以及局域固态量子发射体（如超导电路、量子点、色心）成功实现。另一方面，热原子为我们提供了稠密的发射体集合，且与冷系统相比更易于集成，从而实现大规模量子系统。然而，其热运动与大的渡越时间展宽是一大须规避的挑战。一种有前景的 remedy 可利用纳米光子腔高度可控且可调的电磁场及强局域电场增强。利用此特性，本文计算了快速运动的热原子与具有大品质因子和小模体积纳米梁光子晶体腔（PCC）的相互作用。通过全量子力学计算，包含 Casimir-Polder 势（即表面对原子辐射性质的影响），我们表明当适当设计时，飞行原子与腔光子间可实现的耦合足够强，虽相互作用时间短亦能导致 Rabi 振荡。此外，对不同轨迹的时间分辨探测可用于识别单原子与多原子计数。这种概率性方法将在稠密原子介质中的腔 QED 研究中找到应用，并为在面向实验室外量子器件的大规模宏观系统中实现相干量子控制方案铺平道路。
引用
@article{arxiv.1907.04680,
title = {Cavity QED Based on Thermal Atoms Interacting with a Photonic Crystal Cavity: A Feasibility Study},
author = {Hadiseh Alaeian and Ralf Ritter and Muamera Basic and Robert Loew and Tilman Pfau},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.04680},
year = {2020}
}