多光子量子 Rabi 模型与中心-of-Mass 运动

精确控制光子-物质相互作用是支撑量子计算至先进原子光学等多样量子技术的基石。典型实验常涉及多模式场和需要复杂原子内部结构以实现例如多光子相互作用或冷却。此外,高精度冷原子传感器的发展需要使用纠缠原子。我们引入一个严格的、第二量子化的框架来描述经由其中心-of-Mass 运动和与两模电磁场相互作用的多-$\Lambda$-原子。我们方法的一个关键特征是系统性地应用哈密顿平均理论到原子场算子上,从而推导支配系统演化的紧凑且具有物理洞察力的有效哈密顿。该有效哈密顿不仅包含 AC-Stark 位移和 Bloch-Siegert 位移,并由所有涉及的辅助态贡献增强,还包括反旋转项的效应,这比传统基于 RWA 的模型提供了更完整的描述。一个重要发现是,辅助态所介导的粒子-粒子相互作用直接源于耦合电磁场和原子系统的量子性质。我们通过分析原子拉曼衍射,确定典型初始态的时间演化,并展示结果中的 Rabi 振荡。此外,我们的结果确认原子和光学 Hong-Ou-Mandel 效应可在该拉曼配置中观察,具体取决于特定的两粒子输入态,从而扩展了拉曼衍射在量子干涉现象中的实用性,并为该效应提供了微观模型。