原子气体介质中碰撞光子束的偏振交换

由原子气体介导的光子 - 光子相互作用可以实现两束光之间高效的偏振交换，同时使介质完全保持其初始状态。例如在氢气中，发生宏观交换所需的距离约为普通非线性折射率诱导$\pi$相位变化所需距离的十分之一。本文给出了若干实例，展示了取决于初始偏振态和光束夹角的不同行为。特别令人感兴趣的是那些在平均场层面没有交换的初始条件，传统观点认为当光子数$N$很大时这种情况适用。然而完整理论表明，这将导致光束间巨大的交换和巨大的纠缠。我们最可靠的结果表明，观察到此效应需要等待与$\log[N]$成正比的时间，但也有一些迹象表明这种行为可以被规避。