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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