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利用可配置镊子晶格在纳米光子电路上捕获单个原子。

Trapping single atoms on a nanophotonic circuit with configurable tweezer lattices.

作者信息

Kim May E, Chang Tzu-Han, Fields Brian M, Chen Cheng-An, Hung Chen-Lung

机构信息

Department of Physics and Astronomy, Purdue University, West Lafayette, IN, 47907, USA.

National Institute of Standards and Technology, 325 Broadway, Boulder, CO, 80305, USA.

出版信息

Nat Commun. 2019 Apr 9;10(1):1647. doi: 10.1038/s41467-019-09635-7.

DOI:10.1038/s41467-019-09635-7
PMID:30967571
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6456496/
Abstract

Trapped atoms near nanophotonics form an exciting platform for bottom-up synthesis of strongly interacting quantum matter. The ability to induce tunable long-range atom-atom interactions with photons presents an opportunity to explore many-body physics and quantum optics. Here we implement a configurable optical tweezer array over a planar photonic circuit tailored for cold atom integration and control for trapping and high-fidelity imaging of one or more atoms in an array directly on a photonic structure. Using an optical conveyor belt formed by a moving optical lattice within a tweezer potential, we show that single atoms can be transported from a reservoir into close proximity of a photonic interface, potentially allowing for the synthesis of a defect-free atom-nanophotonic hybrid lattice. Our experimental platform can be integrated with generic planar photonic waveguides and resonators, promising a pathway towards on-chip many-body quantum optics and applications in quantum technology.

摘要

纳米光子学附近的捕获原子构成了一个用于自下而上合成强相互作用量子物质的令人兴奋的平台。利用光子诱导可调谐长程原子-原子相互作用的能力为探索多体物理和量子光学提供了契机。在此,我们在一个为冷原子集成和控制量身定制的平面光子电路上实现了一个可配置的光镊阵列,用于在光子结构上直接捕获和高保真成像阵列中的一个或多个原子。通过在光镊势阱内移动光学晶格形成的光学传送带,我们展示了单个原子可以从储存器被传输到光子界面附近,这有可能实现无缺陷原子-纳米光子混合晶格的合成。我们的实验平台可以与通用平面光子波导和谐振器集成,有望为片上多体量子光学以及量子技术应用开辟一条道路。

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