Theory of the light - atomic ensemble interface

光-原子系综界面理论

基本信息

  • 批准号:
    0603974
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-08-01 至 2009-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A program of theoretical research on the interaction of light with cold, opticallythick, atomic ensembles is proposed. Quantum control of the interface between lightfields and atomic matter is essential for future scalable quantum network systems whichhave application to the secure sharing of information between remote parties. The successof the implementation of atomic ensembles in that context depends on achieving highefficiency and long-lived coherence in their interaction with the light input and outputchannels. The properties and characteristics of the interactions in such a multi-mode andmulti-atom system will be thoroughly addressed by means of the analytical and numericalmethods of atomic physics and quantum optics. The collective enhancement of theinteractions between the light field and multi-atom states of the ensemble provides anorganizing principle for their understanding, as well as a mechanism for strong,directional coupling between light and matter. Another characteristic of light propagationin optically thick media, the mixed light/multi-atom excitation known as the dark statepolariton, will be investigated as a means to perform controlled storage, and subsequentretrieval, of light pulses down to the single photon level. The research will focus onrealistic experimental scenarios including the study of relevant states of preparation of theatomic ensemble, and the incident light fields. In this context, the coupling of ambientmagnetic fields to the spins of the atomic nucleus and electrons provides the primarydecoherence mechanism. This process and its impact on the overall storage and retrievalefficiency of the light field will be investigated in detail.
提出了一个光与冷的、光学厚度的原子系综相互作用的理论研究方案。光场和原子物质之间的界面的量子控制对于未来可扩展的量子网络系统是必不可少的,该系统可应用于远程方之间的信息安全共享。在这种背景下,原子系综的成功实现取决于在它们与光输入和输出通道的相互作用中实现高效率和长寿命的相干性。本文将利用原子物理和量子光学的分析和数值方法,对这种多模多原子系统中相互作用的性质和特点进行深入的研究。光场与系综多原子态之间相互作用的集体增强为理解它们提供了一个组织原则,也为光与物质之间的强定向耦合提供了一种机制。光在光学厚介质中传播的另一个特性是混合光/多原子激发,称为暗态极化激元,将被研究作为一种手段来执行控制存储,并将光脉冲恢复到单光子水平。该研究将集中在现实的实验场景,包括原子系综制备的相关状态的研究,以及入射光场。在这种情况下,环境磁场与原子核和电子自旋的耦合提供了主要的退相干机制。这个过程及其对光场的整体存储和检索效率的影响将被详细研究。

项目成果

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