搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

内腔多原子直接俘获的强耦合腔量子力学系统的构建

文瑞娟 杜金锦 李文芳 李刚 张天才

引用本文:
Citation:

内腔多原子直接俘获的强耦合腔量子力学系统的构建

文瑞娟, 杜金锦, 李文芳, 李刚, 张天才

Construction of a strongly coupled cavity quantum electrodynamics system with easy accessibility of single or multiple intra-cavity atoms

Wen Rui-Juan, Du Jin-Jin, Li Wen-Fang, Li Gang, Zhang Tian-Cai
PDF
导出引用
  • 腔内中性原子的长时间控制与俘获一直是腔量子电动力学(QED)中的一个难题, 极大地制约了人们相干操控单原子及其与光相互作用的研究. 本文基于传统Fabry-Perot光学腔, 设计了一套易于内腔原子操控的强耦合腔QED系统, 其典型参数为: 腔长3.5 mm精细度约为57000, (g0,,)=2 (1.48, 0.375, 2.61) MHz, 临界光子数和原子数分别为1.54和0.89. 该系统的特点是: 能够在腔内直接实现冷原子磁光阱, 并建立腔内光学晶格, 实现腔内可控数目的中性原子的长时间俘获. 通过合理选择构建光学偶极阱和原子成像系统, 可实现对腔内单个原子或原子阵列的操控、探测、成像等. 该系统可以克服传统腔QED系统中转移原子的困难, 大幅增加腔内原子的寿命, 为构建以腔QED系统为基础的量子信息演示平台提供了一种可能.
    The long-time trap and control of neutral atoms in an optical micro-cavity is a crucial problem in cavity quantum electrodynamics (QED), which greatly restricts the coherent manipulation of the interaction process between single atom and light. In this paper, we design a strongly coupled cavity QED system based on the traditional Fabry-Perot cavity. The parameters of the cavity are 3.5 millimeters in length, about 57000 in fineness, (g0,,)=2 (1.48, 0.375, 2.61) MHz, 1.54 and 0.89 in critical photon and atom number, respectively. The system allows building the magneto-optical trap (MOT) and optical lattice directly inside the cavity, which provides the possibility of long-time trapping deterministic single neutral atom or a number of neutral atoms in the cavity. By setting up a dipole trap and atomic imaging system, the capture, detection and imaging of single atom or several atoms in the cavity can be realized. The system overcomes some difficulties in transferring atoms in the usual cavity QED and has potential applications in robust intracavity atom control for quantum information processing.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11125418, 61275210, 91336107, 61227902, 61121064)和国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB921601)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11125418, 61275210, 91336107, 61227902, 61121064) and the National Basic Research Program of China (Grant No. 2012CB921601).
    [1]

    Rempe G, Thompson R J, Kimble H J, Lalezari R 1992 Opt. Lett. 17 363

    [2]

    Li L P, Liu T, Li G, Zhang T C, Wang J M 2004 Acta Phys. Sin. 53 1401 (in Chinese) [李利平, 刘涛, 李刚, 张天才, 王军民 2004 物理学报 53 1401]

    [3]

    Thompson R J, Rempe G, Kimble H J 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1132

    [4]

    Chu S 1998 Rev. Mod. Phys. 70 685

    [5]

    Mabuchi H, Turchette Q A, Chapman M S, Kimble H J 1996 Opt. Lett. 21 1393

    [6]

    Zhang P F, Zhang Y C, Li G, Du J J, Zhang Y F, Guo Y Q, Wang J M, Zhang T C, Li W D 2011 Chin. Phys. Lett. 28 044203

    [7]

    Hood C J, Lynn T W, Doherty A C, Parkins A S, Kimble H J 2000 Science 287 1447

    [8]

    Pinkse P W H, Fischer T, Munstermann P, Rempe G 2000 Nature 404 365

    [9]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 Phys. Rev. A 83 031804

    [10]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang P F, Zhang T C 2013 Appl. Phys. Lett. 102 173504

    [11]

    Zhang Y C, Li G, Zhang P F, Wang J M, Zhang T C 2009 Front. Phys. China 4 190

    [12]

    Hijlkema M, Weber B, Specht H P, Webster S C, Kuhn A, Rempe G 2007 Nat. Phys. 3 253

    [13]

    Specht H P, Nölleke C, Reiserer A, Uphoff M, Figueroa E, Ritter S, Rempe G 2011 Nature 473 190

    [14]

    Kimble H J 2008 Nature 453 1023

    [15]

    Li W F, Du J J, Wen R J, Yang P F, Li G, Liang J J, Zhang T C 2014 Appl. Phys. Lett. 104 113102

    [16]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 J. Opt. Soc. Am. B 28 667

    [17]

    McKeever J, Buck J R, Boozer A D, Kuzmich A, Nagerl H C, Stamper-Kurr D M, Kimble H J 2003 Phys. Rev. Lett. 90 133602

    [18]

    Mnstermann P, Fischer T, Pinkse P W H, Rempe G 1999 Opt. Comm. 159 63

    [19]

    Sauer J A, Fortier K M, Chang M S, Hamley C D, Chapman M S 2004 Phys. Rev. A 69 051804(R)

    [20]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang T C 2013 Acta Phys. Sin. 62 194203 (in Chinese) [杜金锦, 李文芳, 文瑞娟, 李刚, 张天才 2013 物理学报 62 194203]

    [21]

    Ritter S, N olleke C, Hahn C, Reiserer A, Neuzner A, Uphoff M, Mcke M, Figueroa E, Bochmann J, Rempe G 2012 Nature 484 195

    [22]

    Zhang J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2008 Acta Sin. Quantum Opt. 14 156 (in Chinese) [张静, 李刚, 王军民, 张天才 2008 量子光学学报 14 156]

    [23]

    Liu T, Zhang T C, Wang J M, Peng K C 2004 Acta Phys. Sin. 53 1346 (in Chinese) [刘涛, 张天才, 王军民, 彭堃墀 2004 物理学报 53 1346]

    [24]

    Kimble H J 1988 Phys. Scr. T 76 127

    [25]

    Du J J, Li W F, Zhang P F, Li G, Wang J M, Zhang T C 2012 Front. Phys. 7 435

    [26]

    He J, Wang J, Yang B D, Zhang T C, Wang J M 2009 Chin. Phys. B 18 3403

    [27]

    Alt W 2002 Optik 113 142

    [28]

    Guo Y Q, Li G, Zhang Y F, Zhang P F, Wang J M, Zhang T C 2012 Sci. China: Phys. Mech. Astron. 55 1523

  • [1]

    Rempe G, Thompson R J, Kimble H J, Lalezari R 1992 Opt. Lett. 17 363

    [2]

    Li L P, Liu T, Li G, Zhang T C, Wang J M 2004 Acta Phys. Sin. 53 1401 (in Chinese) [李利平, 刘涛, 李刚, 张天才, 王军民 2004 物理学报 53 1401]

    [3]

    Thompson R J, Rempe G, Kimble H J 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1132

    [4]

    Chu S 1998 Rev. Mod. Phys. 70 685

    [5]

    Mabuchi H, Turchette Q A, Chapman M S, Kimble H J 1996 Opt. Lett. 21 1393

    [6]

    Zhang P F, Zhang Y C, Li G, Du J J, Zhang Y F, Guo Y Q, Wang J M, Zhang T C, Li W D 2011 Chin. Phys. Lett. 28 044203

    [7]

    Hood C J, Lynn T W, Doherty A C, Parkins A S, Kimble H J 2000 Science 287 1447

    [8]

    Pinkse P W H, Fischer T, Munstermann P, Rempe G 2000 Nature 404 365

    [9]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 Phys. Rev. A 83 031804

    [10]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang P F, Zhang T C 2013 Appl. Phys. Lett. 102 173504

    [11]

    Zhang Y C, Li G, Zhang P F, Wang J M, Zhang T C 2009 Front. Phys. China 4 190

    [12]

    Hijlkema M, Weber B, Specht H P, Webster S C, Kuhn A, Rempe G 2007 Nat. Phys. 3 253

    [13]

    Specht H P, Nölleke C, Reiserer A, Uphoff M, Figueroa E, Ritter S, Rempe G 2011 Nature 473 190

    [14]

    Kimble H J 2008 Nature 453 1023

    [15]

    Li W F, Du J J, Wen R J, Yang P F, Li G, Liang J J, Zhang T C 2014 Appl. Phys. Lett. 104 113102

    [16]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 J. Opt. Soc. Am. B 28 667

    [17]

    McKeever J, Buck J R, Boozer A D, Kuzmich A, Nagerl H C, Stamper-Kurr D M, Kimble H J 2003 Phys. Rev. Lett. 90 133602

    [18]

    Mnstermann P, Fischer T, Pinkse P W H, Rempe G 1999 Opt. Comm. 159 63

    [19]

    Sauer J A, Fortier K M, Chang M S, Hamley C D, Chapman M S 2004 Phys. Rev. A 69 051804(R)

    [20]

    Du J J, Li W F, Wen R J, Li G, Zhang T C 2013 Acta Phys. Sin. 62 194203 (in Chinese) [杜金锦, 李文芳, 文瑞娟, 李刚, 张天才 2013 物理学报 62 194203]

    [21]

    Ritter S, N olleke C, Hahn C, Reiserer A, Neuzner A, Uphoff M, Mcke M, Figueroa E, Bochmann J, Rempe G 2012 Nature 484 195

    [22]

    Zhang J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2008 Acta Sin. Quantum Opt. 14 156 (in Chinese) [张静, 李刚, 王军民, 张天才 2008 量子光学学报 14 156]

    [23]

    Liu T, Zhang T C, Wang J M, Peng K C 2004 Acta Phys. Sin. 53 1346 (in Chinese) [刘涛, 张天才, 王军民, 彭堃墀 2004 物理学报 53 1346]

    [24]

    Kimble H J 1988 Phys. Scr. T 76 127

    [25]

    Du J J, Li W F, Zhang P F, Li G, Wang J M, Zhang T C 2012 Front. Phys. 7 435

    [26]

    He J, Wang J, Yang B D, Zhang T C, Wang J M 2009 Chin. Phys. B 18 3403

    [27]

    Alt W 2002 Optik 113 142

    [28]

    Guo Y Q, Li G, Zhang Y F, Zhang P F, Wang J M, Zhang T C 2012 Sci. China: Phys. Mech. Astron. 55 1523

  • [1] 李锦芳, 何东山, 王一平. 一维耦合腔晶格中磁子-光子拓扑相变和拓扑量子态的调制. 物理学报, 2024, 73(4): 044203. doi: 10.7498/aps.73.20231519
    [2] 闫玮植, 范青, 杨鹏飞, 李刚, 张鹏飞, 张天才. 微光学腔内单原子的俘获及其耦合强度的精确调控. 物理学报, 2023, 72(11): 114202. doi: 10.7498/aps.72.20222220
    [3] 胡裕栋, 宋丽军, 王晨曦, 张沛, 周静, 李刚, 张鹏飞, 张天才. 基于纳米光纤的光学法布里-珀罗谐振腔腔内模场的表征. 物理学报, 2022, 71(23): 234203. doi: 10.7498/aps.71.20221538
    [4] 裴思辉, 宋子旋, 林星, 方伟. 开放式法布里-珀罗光学微腔中光与单量子系统的相互作用. 物理学报, 2022, 71(6): 060201. doi: 10.7498/aps.71.20211970
    [5] 徐润东, 刘文良, 武寄洲, 马杰, 肖连团, 贾锁堂. 磁光阱中超冷钠-铯原子碰撞的实验研究. 物理学报, 2016, 65(9): 093201. doi: 10.7498/aps.65.093201
    [6] 苟维, 刘亢亢, 付小虎, 赵儒臣, 孙剑芳, 徐震. 中性汞原子磁光阱装载率的优化. 物理学报, 2016, 65(13): 130201. doi: 10.7498/aps.65.130201
    [7] 袁园, 芦小刚, 白金海, 李建军, 吴令安, 傅盘铭, 王如泉, 左战春. 多模1064nm光纤激光器实现一维远失谐光晶格. 物理学报, 2016, 65(4): 043701. doi: 10.7498/aps.65.043701
    [8] 杨威, 孙大立, 周林, 王谨, 詹明生. 用于原子干涉仪实验的锂原子的塞曼减速与磁光囚禁. 物理学报, 2014, 63(15): 153701. doi: 10.7498/aps.63.153701
    [9] 王杰英, 刘贝, 刁文婷, 靳刚, 何军, 王军民. 磁光阱中单原子荧光信号的优化及单原子的高效装载. 物理学报, 2014, 63(5): 053202. doi: 10.7498/aps.63.053202
    [10] 李文芳, 杜金锦, 文瑞娟, 杨鹏飞, 李刚, 张天才. 强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟. 物理学报, 2014, 63(24): 244205. doi: 10.7498/aps.63.244205
    [11] 卢道明. 腔量子电动力学系统中耦合三原子的纠缠特性. 物理学报, 2014, 63(6): 060301. doi: 10.7498/aps.63.060301
    [12] 张鹏飞, 李刚, 张玉驰, 杨榕灿, 郭龑强, 王军民, 张天才. 光致原子解吸附对冷原子磁光阱装载的动力学研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6423-6429. doi: 10.7498/aps.59.6423
    [13] 邱 英, 何 军, 王彦华, 王 婧, 张天才, 王军民. 三维光学晶格中铯原子的装载与冷却. 物理学报, 2008, 57(10): 6227-6232. doi: 10.7498/aps.57.6227
    [14] 汪丽蓉, 马 杰, 张临杰, 肖连团, 贾锁堂. 基于振幅调制的超冷铯原子高分辨光缔合光谱的实验研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6373-6377. doi: 10.7498/aps.56.6373
    [15] 张鹏飞, 许忻平, 张海潮, 周善钰, 王育竹. 紫外光诱导原子脱附技术在单腔磁阱装载中的应用. 物理学报, 2007, 56(6): 3205-3211. doi: 10.7498/aps.56.3205
    [16] 王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民. 用吸收法对铯原子磁光阱中冷原子数目的测量. 物理学报, 2006, 55(7): 3403-3407. doi: 10.7498/aps.55.3403
    [17] 江开军, 李 可, 王 谨, 詹明生. Rb原子磁光阱中囚禁原子数目与实验参数的依赖关系. 物理学报, 2006, 55(1): 125-129. doi: 10.7498/aps.55.125
    [18] 沐仁旺, 纪宪明, 印建平. 一种实现冷原子(或冷分子)囚禁的可控制纵向光学双阱. 物理学报, 2006, 55(11): 5795-5802. doi: 10.7498/aps.55.5795
    [19] 耿 涛, 闫树斌, 王彦华, 杨海菁, 张天才, 王军民. 用短程飞行时间吸收谱对铯磁光阱中冷原子温度的测量. 物理学报, 2005, 54(11): 5104-5108. doi: 10.7498/aps.54.5104
    [20] 赖振讲, 杨志勇, 白晋涛, 孙中禹. 二能级原子与相干态腔场相互作用过程中的纠缠交换. 物理学报, 2004, 53(11): 3733-3738. doi: 10.7498/aps.53.3733
计量
  • 文章访问数:  5205
  • PDF下载量:  596
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-03
  • 修回日期:  2014-08-22
  • 刊出日期:  2014-12-05

/

返回文章
返回