Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium.
Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium.
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DOI：
10.1126/science.aao7293
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发表时间：
2018-02-16
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Vuletić V
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liang QY;Venkatramani AV;Cantu SH;Nicholson TL;Gullans MJ;Gorshkov AV;Thompson JD;Chin C;Lukin MD;Vuletić V
大质量粒子的束束态，如原子核、原子或分子，构成了我们周围可见世界的主体。相比之下，光子通常只有微弱的相互作用。我们报道了在量子非线性介质中观察到的行进三光子束缚态，其中光子之间的相互作用是由原子的里德堡态来调节的。光子关联和条件位相测量揭示了与三光子和双光子束缚态相关的不同的聚束和位相特征。这样的光子三聚体和二聚体具有形状保持的波函数，该波函数依赖于组成光子数。用里德堡诱导的光子-光子相互作用的有效场论(EFT)描述了观察到的聚束和强非线性光学相位。这些观测证明了实现和控制光的强相互作用量子多体状态的能力。
Bound states of massive particles, such as nuclei, atoms or molecules, constitute the bulk of the visible world around us. In contrast, photons typically only interact weakly. We report the observation of traveling three-photon bound states in a quantum nonlinear medium where the interactions between photons are mediated by atomic Rydberg states. Photon correlation and conditional phase measurements reveal the distinct bunching and phase features associated with three-photon and two-photon bound states. Such photonic trimers and dimers possess shape-preserving wavefunctions that depend on the constituent photon number. The observed bunching and strongly nonlinear optical phase are described by an effective field theory (EFT) of Rydberg-induced photon-photon interactions. These observations demonstrate the ability to realize and control strongly interacting quantum many-body states of light.
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