Purcell-enhanced dipolar interactions in nanostructures
Purcell-enhanced dipolar interactions in nanostructures
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纳米结构中珀塞尔增强的偶极相互作用
DOI：
10.1103/physrevresearch.4.023073
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发表时间：
2022
影响因子：
4.2
通讯作者：
Skljarow A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Skljarow A
强的光诱导原子间相互作用在少光子水平上会产生非线性效应，这对量子信息处理的应用至关重要。与自由空间相比，介电环境可以增强原子的散射和光致偶极相互作用。对于这种Purcell效应，可以使用腔或波导。在这里，我们结合了联合收割机的高密度实现的热原子蒸汽与有效的耦合到一个槽波导。与自由空间相互作用相反，在狭缝内排列的原子表现出排斥相互作用，由于珀塞尔效应，这种排斥相互作用进一步增强了8倍。相应的蓝移的过渡频率的原子排列在基本上是一维的几何形状以上的饱和消失，提供了一个可控的非线性在少光子水平。实验结果与蒙特卡罗模拟，包括介电环境，偶极相互作用，和运动的影响是一致的。这些结果为量子非线性光学和室温下的全光量子信息处理奠定了基础。
Strong light-induced interactions between atoms are known to cause nonlinearities at a few-photon level, which are crucial for applications in quantum information processing. Compared to free space, the scattering and the light-induced dipolar interaction of atoms can be enhanced by a dielectric environment. For thisPurcell effect, either a cavity or a waveguide can be used. Here, we combine the high densities achievable in thermal atomic vapors with an efficient coupling to a slot waveguide. In contrast to free-space interactions, atoms aligned within the slot exhibit repulsive interactions that are further enhanced by a factor of 8 due to the Purcell effect. The corresponding blueshift of the transition frequency of atoms arranged in the essentially one-dimensional geometry vanishes above the saturation, providing a controllable nonlinearity at the few-photon level. The experimental results are in good agreement with Monte Carlo simulations that include the dielectric environment, dipolar interactions, and motional effects. The results pave the way towards a robust scalable platform for quantum nonlinear optics and all-optical quantum information processing at room temperature.
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