Generatsiya i pogloshchenie fotonov dvukhurovnevym atomom v rezhime ul'trasil'noy svyazi s EM polem

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В рамках квантовой модели Раби теоретически показано, что двухуровневый атом генерирует или поглощает фотоны в условиях ультрасильной связи его с электромагнитным полем. Генерация фотонов возможна, если поле первоначально находится в вакуумном состоянии. Возможным, при определенных начальных состояниях системы атом + поле, также является поглощение фотонов в моде поля в режиме ультрасильной связи атома и поля. Если атом в начальный момент времени находится в нижнем (невозбужденном) состоянии, а поле – в вакуумном состоянии, генерация фотонов присутствует в резонансных условиях ωa ≈ ωf , ωa – частота перехода атома, а ωf - частота поля, или ξ ≡ ωa/ωf ≈ 1, в режиме ультра сильной связи. При отрицательной отстройке ξ ≪ 1, ωa ≪ ωf для динамики среднего числа фотонов hˆnit поля характерны осцилляции Раби с 0 ≤ hˆnit ≤ nmax ≫ 1 в случае ультрасильной связи для значений константы связи атома с полем ˜g ≡ |g|/ωf ∼ 1, при этом населенность возбужденного состояния атома составляет Pe(t) ≈ 0.5. В условиях большой положительной отстройки: ξ ≫ 1 генерация фотонов отсутствует: hˆni ≈ 0, а атом остается в исходном состоянии Pe(t) ≈ 0. Статистика фотонов в режиме генерации близка к хаотической: дисперсия фотонов значительно превышает уровень когерентного состояния поля (т.е. является суперпуассоновской). Поглощение фотонов поля без возбуждения атома присутствует в режиме ультра сильной связи в случае когерентного начального состояния поля (hˆn(t = 0i > 0) для определенных положительных значений отстройки. При этом поле становится субпуассоновским.

About the authors

A. V Kozlovskiy

Физический институт РАН им. П.Н.Лебедева

Email: kozlovskiyav@lebedev.ru
Москва, Россия

References

  1. P. Forn-Diaz, L. Lamata, E. Rico, J. Kono, and E. Solano, Rev. Mod. Phys. 91(2), 25005 (2019).
  2. T. Niemczyk, F. Deppe, H. Huebl, E.P. Menzel, F. Hocke, M. J. Schwarz, J. J. Garcia-Ripoll, D. Zueco, T. H¨ummer, E. Solano, A. Marx, and R. Gross, Nature Phys. 6, 772 (2010).
  3. A. Le Boit´e, Advanced Quantum Technologies 3(7), 1900140 (2020).
  4. A. F. Kockum, A. Miranowicz, S. DelLiberato, S. Savesta, and F. Nori, Nat. Rev. Phys. 1, 19 (2019).
  5. Sh. Fu, Sh. Luo, and Y. Zhang, Quantum Information Processing 20, 88 (2021).
  6. J.-sh. Peng and G.-x. Li, Phys. Rev. A 45(5), 3289 (1992).
  7. F. Ilya, I. Alexey , V.-H. Le, and A. Ulyanenkov, Nonperturbative Description of Quantum Systems. Lecture Notes in Physics, Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, Springer International Publishing Switzerland (2015), v. 894, p. 62; Library of Congress Control Number: 2014958312.
  8. R. Graham and M. Hohnerbach, Z. Phys. B – Condensed Matter 57, 233 (1984).
  9. T. Werlang, A.V. Dodonov, E. I. Duzzioni, and C. J. Villas-Bˆoas, Phys. Rev A 78, 053805 (2008); https://doi.org/10.1103/PhysRevA.78.053805.
  10. A.V. Dodonov,J. Phys. Conf. Ser. 161, 012029 (2009); https://doi.org/10.1088/1742-6596/161/1/01202912.
  11. F.A. Wolf, M. K, and D. Braak, Phys. Rev. A 85, 053817 (2012).
  12. F.A.Wolf, F. Vallone, G. Romero, M. Kollar, E. Solano, and D. Braak, Phys. Rev. A 87, 023835 (2013).
  13. P. Meystre, Quantum Optics. Taming the Quantum, Springer (2021), 393 p.
  14. Q.-H. Chen, T. Liu, Y.-Y. Zhang, and K.-L. Wang, EPL 96, 14003 (2011); https://doi.org/10.1209/02955075/96/14003.
  15. P.D. Nation, J.R. Johansson, M.P. Blencowe, and F. Nori, Rev. Mod. Phys. 84, 1 (2012).
  16. H. J. Kimble, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 355, 2327 (1997.)
  17. Q. Xie, H. Zhong, M.T. Batchelor, and Ch. Lee, J. Phys. A: Math. Theor. 50, 113001 (2017).
  18. A. Crespi, S. Longhi, and R. Osellame, Phys. Rev. Lett. 108, 163601 (2012).
  19. N.M. Sundaresan, Y. Liu, D. Sadri, L. J. Szocs, D. L. Underwood, M. Malekakhlagh, H.E. Tureci, and A.A. Houck, Phys. Rev. X 5, 021035 (2015).
  20. N.M. Sundaresan, Y. Liu, D. Sadri, L. J. Szocs, D. L. Underwood, M. Malekakhlagh, H.E. Tureci, and A.A. Houck, Phys. Rev. X 5, 021035 (2015).
  21. M.R. Wahiddin, R. Belkada, G. S. Mahmoud, and A. Messikh, Eur. Physical J. Plus 136, 650 (2021).
  22. M. Lednev , F. J. Garcia-Vidal, and J. Feist, Phys. Rev. Lett. 132, 106902 (2024).
  23. C. J. S´anchez Mart´ınez, J. Feist, and F. J. Garcia-Vidal, Nanophotonics 13(14), 2669 (2024).
  24. А.В. Козловский, ЖЭТФ 165(5), 618 (2024).
  25. J.H. Eberly, N.B. Narozhny, and J. J. Sanchez-Mondragon, Phys. Rev. Lett. 44, 1323 (1980).
  26. N.B. Narozhny, J. J. Sanchez-Mondragon, and J.H. Eberly, Phys. Rev. A 23, 236 (1981).
  27. H. I. Yoo, J. J. Sanchez-Mondragon, J.H. Eberly, J. Phys. A 14, 1383 (1981).
  28. J. Eiselt and H. Risken, Phys. Rev. A 43, 346 (1991).
  29. A.V. Kozlovskii, Quantum Electronics 40(3), 223 (2010); https://doi.org/10.1070/QE2010v040n03ABEH014270.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Российская академия наук