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波导中的非线性量子光学:在单原子水平上强烈相互作用的独特单光子。

Nonlinear quantum optics in a waveguide: distinct single photons strongly interacting at the single atom level.

机构信息

Nanoscale Science and Engineering Center, 3112 Etcheverry Hall, University of California, Berkeley California 94720, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2011 Mar 18;106(11):113601. doi: 10.1103/PhysRevLett.106.113601. Epub 2011 Mar 15.

DOI:10.1103/PhysRevLett.106.113601
PMID:21469860
Abstract

We propose a waveguide-QED system where two single photons of distinct frequency or polarization interact strongly. The system consists of a single ladder-type three level atom coupled to a waveguide. When both optical transitions are coupled strongly to the waveguide's mode, we show that a control photon tuned to the upper transition induces a π phase shift and tunneling of a probe photon tuned to the otherwise reflective lower transition. Furthermore, the system exhibits single photon scattering by a classical control beam. Waveguide-QED schemes could be an alternative to high quality cavities or dense atomic ensembles in quantum information processing.

摘要

我们提出了一个波导-QED 系统,其中两个具有不同频率或偏振的单光子可以强烈相互作用。该系统由单个 ladder-type 三能级原子耦合到波导组成。当两个光学跃迁都强烈耦合到波导模式时,我们表明,调谐到上跃迁的控制光子会诱导调谐到反射下跃迁的探测光子发生π 相移和隧道。此外,该系统还表现出经典控制光束对单光子散射的现象。在量子信息处理中,波导-QED 方案可能是高品质腔或密集原子集合的替代方案。

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