Electrodinmica Cuntica 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 Autnoma de Mxico Pablo Barberis Blostein,

Dept. of Physics, University of Auckland Howard J. Carmichael

Trabajo apoyado por NSF EEUU, CONACYT Mxico y the Mardsen Fund of RSNZ.

Pablo Barberis

Joshua Crawford David Norris

Howard Carmichael

Andres Cimmarusti Burkley Patterson Chris Schroeder

Sistema de Electrodinmica Cuntica de Cavidades en el

espectro ptico.

Excitacin continua a 780 nm / (2) = 3.0 x 106 s-1

g / (2) = de 1.0 a 5 MHz

/ (2) = 6.0 x 106 s-1 85Rb

Atomos + Modo de la cavidad

vEdg =

Ev =20Vef

Acoplamiento dipolar entre el tomo y la cavidad.

El campo promedio de un fotn en una cavidad con un volumen Vef es:

Dos nmeros adimensionales:

C1=g2

1a 0.1

n0 = 2

3g2 0.5 a 5

C = C1N Figura de mrito (Cooperatividad) :

Medicin de la funcin de correlacin de la intensidad

2)2(

)(

)()()(

tI

tItIg

+=

Da la probabilidad de detectar un fotn en a tiempo t + dado que uno ha sido detecado en el tiempo t. Esto es una medicin condicional:

I

Ig c

)()()2(

=

Sistema nuevo

/ (2) = 3.0 x 106 s-1 g / (2) = 1.0 MHz

/ (2 ) = 6.0 x 106 s-1

Campo magntico

Estructura completa de 85Rb

5S1/2 F=3

5P3/2 F=4

Agregar un campo magntico B

Efecto Zeeman

Agregar un lser resonante

Efecto Stark AC

AC El efecto Stark AC decrece la separacin entre g-1 y g+1

Creacin, deteccin y control de coherencia en el estado base, generada por emisin

espontnea

Un tomo entra a la cavidad preparado en el estado base g0

Deteccin de un fotn horizonal garantiza la superposicin

Continuar con la excitacin resonante de polarizacin

Deteccin del segundo fotn horizonal pone al tomo en el estado donde comenz borrando la informacin sobre cual camino sigui: Quantum Eraser. (See Zajonc, Phys. Lett. A 96, 61 (1983).)

85Rb D2 line (F=3 a F=4) Los tomos entran al modo de la cavidad bombeados pticamente en el estado g0

Start click

Stop click

Coherencia espontaneamente generada por la fluoresencia resonante en una cavidad

Usar mediciones condicionadas: g(2)()

El resultado es un batido cuntico del estado base

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

-3 0 3

g(2)

()

(s)

Transit time of atoms

Intensity autocorrelation

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10

g

e g/2

Frequency (MHz)

Pow

er (a

.u.)

Espectro FFT

Cambio de la frecuencia con el campo magntico

Tres procesos generan oscilaciones

Batido de los dos estados base de un tomo solo.

Dos tomos, cada uno generando un fotn

Batido con la excitacin

Medicin experimental rotando la polarizacin de la excitacin.

La frecuencia aumenta con la intensidad

n=0.4 n=1.2 n=4.2

No solo un corrimiento, sino tambin un ensanchamiento y decaimiento de la amplitude con mayor intensidad

Atomo preparado en el estado base

Deteccin del fotn horizontal garantiza la superposicin

Contina la excitacin resonante

Dispersin de Rayleigh

Deteccin del segundo fotn horizontal

Trajectorias cunticas

Dispersin de Rayleigh solo transiciones Modelo simplificado

Decoherencia

Rgime (transiciones).

decoherencia ~

La emisin esponnea prepara el sistema. Comienza el reloj con su deteccin.

Demasiada emisin espontanea puede destruir la coherencia.

Se puede tulizar para control?

Apagar la excitacin

Conclusiones

La creacion espontnea de coherencia nos permite estudiar su evolucin condicionada

Hemos comenzado a aplicar control (retroalimentacin) al problema y mejora la coherencia.

Pruebas con RF

Gracias