Download Electrodinámica Cuántica de Cavidades. - UMD Physics

Electrodinámica Cuántica de Cavidades.
Luis A. Orozco
Joint Quantum Institute
Department of Physics,
University of Maryland
y National Institute of Standards and Technology
TaDEM 2012
UNAM
Con apoyo de la Optical Society of America
Joint Quantum Institute, UMD-NIST
Andres Cimmarusti
Burkley Patterson
Christopher Schroeder
Luis A. Orozco
Former:
David G. Norris (PhD May 2011)
Joshua Crawford (BSc May 2011)
Universidad Nacional Autónoma de México
Pablo Barberis Blostein,
Dept. of Physics, University of Auckland
Howard J. Carmichael
Trabajo apoyado por NSF EEUU, CONACYT
México y the Mardsen Fund of RSNZ.
Andres Cimmarusti
Burkley Patterson
Chris Schroeder
Howard Carmichael
Pablo Barberis
David Norris
Joshua Crawford
Sistema de Electrodinámica
Cuántica de Cavidades en el
espectro óptico.
85Rb
Excitación continua
a 780 nm
γ / (2π) = 6.0 x 106 s-1
κ / (2π) = 3.0 x 106 s-1
g / (2π) = de 1.0 a
5 MHz
Atomos + Modo de la cavidad
Acoplamiento dipolar entre el
átomo y la cavidad.
El campo promedio de un
fotón en una cavidad con
un volumen Vef es:
€
d ⋅ Ev
g=

ω
Ev =
2ε0Vef
€
Dos números adimensionales:
2
g
C1 = ≈1 a 0.1
κγ
2
γ
n0 = 2 ≈ 0.5 a 5
3g
Figura de mérito
(Cooperatividad) :
€
C = C1N
Medición de la función de correlación de la intensidad
g ( 2 ) (τ ) =
Iˆ(t ) Iˆ(t + τ )
Iˆ(t )
2
Da la probabilidad de detectar un fotón en a
tiempo t + τ dado que uno ha sido detecado
en el tiempo t. Esto es una medición
condicional:
( 2)
g (τ ) =
Iˆ(τ )
Iˆ
c
Sistema nuevo
Campo magnético
γ / (2 π) = 6.0 x 106 s-1
κ / (2π) = 3.0 x 106 s-1
g / (2π) = 1.0 MHz
Estructura completa de 85Rb
5P3/2 F=4
5S1/2 F=3
Agregar un campo magnético B
Efecto Zeeman
Agregar un láser resonante
Efecto Stark AC
AC El efecto Stark AC decrece la separación entre g-1 y g+1
Creación, detección y control de coherencia
en el estado base, generada por emisión
espontánea
Un átomo entra a la cavidad preparado en el estado base g0
Detección de un fotón horizonal garantiza la superposición
Continuar con la excitación resonante de polarización π
Detección del segundo fotón horizonal pone al átomo en el estado
donde comenzó borrando la información sobre cual camino
siguió: Quantum Eraser. (See Zajonc, Phys. Lett. A 96, 61 (1983).)
Coherencia espontaneamente generada por la
fluoresencia resonante en una cavidad
“Stop” click
“Start” click
85Rb
D2 line (F=3 a F’=4)
Los átomos entran al modo de la cavidad
bombeados ópticamente en el estado g0
Usar mediciones condicionadas: g(2)(τ)
El resultado es un batido cuántico del
estado base
Intensity autocorrelation
2
1.8
g(2)(τ)
1.6
1.4
1.2
1
Transit time of atoms
0.8
-3
0
τ (µs)
3
Espectro FFT
200
180
Δg
160
Power (a.u.)
140
120
100
Δg/2
80
Δe
60
40
20
0
0
5
Frequency (MHz)
10
Cambio de la frecuencia con el campo magnético
Tres procesos generan
oscilaciones
Batido de los dos estados base de un átomo solo.
Dos átomos, cada uno generando un fotón
Batido con la excitación
Medición experimental rotando la polarización de la excitación.
La frecuencia aumenta con la intensidad
No solo un corrimiento, sino también
un ensanchamiento y decaimiento
de la amplitude con mayor intensidad
n=0.4
n=1.2
n=4.2
Atomo preparado en el estado base
Detección del fotón horizontal garantiza la superposición
Continúa la excitación resonante π
Dispersión de Rayleigh
Detección del segundo fotón horizontal
Trajectorias cuánticas
Dispersión de Rayleigh solo transiciones π
Modelo simplificado
Decoherencia
Régime
decoherencia ~
(transiciones).
La emisión esponánea prepara el sistema.
Comienza el reloj con su detección.
Demasiada emisión espontanea puede destruir la
coherencia.
Se puede tulizar para control?
Apagar la excitación
Conclusiones
• 
La creacion espontánea de coherencia nos permite estudiar su evolución
condicionada
• 
Hemos comenzado a aplicar control (retroalimentación) al problema y
mejora la coherencia.
• 
Pruebas con RF
Gracias