通过非共振相干前向散射实现光与原子系综的多模纠缠

我们发展了具有任意角动量的极化原子系综中光相干前向散射的量子理论处理。我们考虑与真实多能级原子跃迁相互作用的弱辐射场相干前向散射。基于有效哈密顿量概念和海森堡形式，我们讨论了传播光的偏振斯托克斯分量量子涨落与散射原子的集体自旋涨落之间的耦合动力学。我们表明在相干前向散射过程中，该动力学可用原子样品中产生的极化激元型自旋波来描述。我们的工作给出了光与原子角动量集体量子态系统中纠缠过程的一般范例，此前仅考虑自旋-1/2原子的情况。我们利用所发展的一般形式检验了自旋-1/2近似对建模高角动量原子量子非破坏测量的适用性。