光子反冲与激光聚焦对 Rydberg 门保真度的限制

我们量化了由于光子吸收与再发射的动量反冲导致中性原子内部态与运动自由度纠缠而对 Rydberg 门保真度造成的限制。这种情况发生在原子处于内部态的叠加态、但其中仅一个态被可见光或紫外光子操控时。我们给出了描述该情形的薛定谔方程，并探讨了两种情况。第一种情况中，纠缠源于空间波函数因激发与受激发射间的时间分离而发生偏移。对于谐振陷阱中的中性原子，当激光脉冲持续时间短于谐振子周期时，退相干可在突然近似下表示。在此极限下，退相干由简单的解析公式给出，这些公式考虑了光子动量、原子温度、谐振子频率与原子质量。第二种情况中，由于引起吸收与受激发射的光子处于聚焦光束模式中，门保真度下降。这导致光学诱导的内部态变化依赖于质心原子位置。在脉冲间隔较短的极限下，退相干可表示为涉及激光束腰、原子温度、陷阱频率与原子质量的简单解析公式。我们针对标准 $\pi-2\pi-\pi$ Rydberg 门以及一种基于具有高斯包络的单绝热脉冲的新协议研究了这些对门保真度的限制。