Квантовая связь между двумя радио-модами в одноатомном мазере с двумя резонаторами
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-65-2-176-182
Аннотация
В данной работе описан эффект возникновения квантовой связи между радио-полями в одноатомном мазере с двумя разнесёнными в пространстве резонаторами. Один и тот же атом пучка в зависимости от состояния может излучить фотон в один резонатор и поглотить из второго, перепутывая тем самым квантовые состояния двух независимых мод. Следствием перепутанности является когерентность между состояниями двухмодового поля с одинаковым суммарным количеством фотонов в обеих модах. Для изучения возникающей связи найдено аналитическое решение стационарного управляющего уравнения в условиях запертого состояния поля, а также построена зависимость энтропии запутанности фон Неймана от добротности резонаторов. Численный анализ показал, что наилучшими условиями для появления квантовой связи является низкая добротность первого резонатора и высокая добротность второго.
Об авторах
Е. Н. Попов
ITMO University
Россия
Россия
Евгений Николаевич Попов
А. И. Трифанов
ITMO University
Россия
Россия
Александр Игоревич Трифанов
М. А. Москаленко
ITMO University
Россия
Россия
Мария Александровна Москаленко
В. А. Решетов
Togliatti State University
Россия
Россия
Владимир Александрович Решетов
Список литературы
1. Scully M.O., Zubairy M.S. Quantum Optics. 13-th chapter: Theory of the micromaser, Cambridge: Cambridge University Press, 1997, P. 383–401.
2. Walter H. One-atom maser and other experiments on cavity quantum electrodynamics. Physics–Uspekhi, 1996, 39 (7), P. 727–743.
3. Jaynes E.T., Cummings F.W. Some New Features of Photon Statistics in a Fully Quantized Parametric Amplification Process. Proceedings of the IEEE, 1963, 51 (1), P. 89–109.
4. Filipowicz P., Javanainen J., Meystre P. Theory of a microscopic maser. Phys. Rev. A, 1986, 34, P. 3077–3087.
5. Reshetov V.A., Yevseyev I.V. On the polarization properties of the micromaser pumped by the atoms with degenerate levels. Las. Phys. Lett., 2004, 1, P. 124–133.
6. Raimond J.M., Brune M., Haroche S. Manipulating quantum entanglement with atoms and photons in a cavity. Rev. Mod. Phys., 2001, 73, P. 565– 582.
7. Huver S.D., Wildfeuer C.F., Dowling J.P. Entangled Fock states for robust quantum optical metrology, imaging, and sensing. Phys. Rev. A, 2008, 78, 063828/1-5.
8. Walther H., Varcoe B.T.H., Englert B., Becker T. Cavity quantum electrodynamics. Reports on Progress in Physics, 2006, 69, P. 1325–1382.
9. Reshetov V.A., Popov E.N., Yevseyev I.V. One-atom maser pumped by the atoms at mixed states. Las. Phys. Lett., 2010, 7, P. 218–224.
10. Popov E.N., Reshetov V.A. Controllable Source of Single Photons Based on a Micromaser with an Atomic Beam without Inversion. JETP Letters, 2020, 111, P. 727–733.
11. Jin L., Pfender M., Aslam N., Neumann P., Yang S., Wrachtrup J., Liu R.-B. Proposal for a room-temperature diamond maser. Nature Communications, 2015, 6, 8251.
12. Varcoe B.T.H., Brattke S., Weidinger M., Walther H. Preparing pure photon number states of the radiation field. Nature, 2000, 403, P. 743–746.
13. Miroshnichenko G.P. Single photon sources and detectors based on micro- and nanooptical structures. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2011, 2 (1), P. 47–63.
14. Weidinger M., Varcoe B.T.H., Heerlein R., Walther H. Trapping States in the Micromaser. Phys. Rev. Lett., 1999, 82, P. 3795–3798.
15. Lugiato L.A., Scully M.O., Walter H. Connection between microscopic and macroscopic maser theory. Phys. Rev. A, 1987, 36, P. 740–743.
16. Meschede D., Walther H., Muller G. One-Atom Maser. ¨ Phys. Rev. Lett., 1985, 54, P. 551–554.
17. Yu D., Kwek L.C., Amico L. Dumke R. Theoretical description of a micromaser in the ultrastrong-coupling regime. Phys. Rev. A, 2017, 95 (5), 53811/1-10.
18. Sokolova A.A., Fedorov G.P., Il’ichev E.V. Astafiev O.V. Single-atom maser with an engineered circuit for population inversion. Phys. Rev. A, 2021, 103 (1), 013718/1-9.
19. Sokolova A.A., Kalacheva D.A., Fedorov G.P. Astafiev O.V. Overcoming photon blockade in a circuit-QED single-atom maser with engineered metastability and strong coupling. Phys. Rev. A, 2021, 107 (3), L031701/1-6.
20. Jin L., Pfender M., Aslam N., Neumann P., Yang S., Wrachtrup J., Liu R. Proposal for a room-temperature diamond maser. Nature Communications, 2015, 6 (1), 8251/1-8.
21. Will E., Masters L., Rauschenbeutel A., Scheucher M., Volz J. Coupling a Single Trapped Atom to a Whispering-Gallery-Mode Microresonator. Phys. Rev. Lett., 2021, 126 (23), 233602/1-5.
22. Garziano L., Ridolfo A., Miranowicz A., Falci G., Savasta S., Nori F. Atoms in separated resonators can jointly absorb a single photon. Scientific Reports, 2020, 10 (1), 21660.
23. Rosenblit M., Horak P., Fleminger E., Japha Y., Folman R. Design of microcavity resonators for single-atom detection. J. of Nanophotonics, 2007, 1 (1), 011670.
24. Benoist T., Bruneau L., Pellegrini C. Quantum trajectory of the one atom maser. ArXiv:2403.20094 [math-ph], 2024.
25. Vatutin A.D., Miroshnichenko G.P., Trifanov A.I. Hidden polarization in open quantum systems. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (2), P. 626–632.
26. Muminov Z.I., Aktamova V.U. The point spectrum of the three-particle Schrodinger operator for a system comprising two identical bosons and ¨ one fermion on Z. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (4), P. 438–447.
27. Goncharov F.M., Pervushin B.E., Nasedkin B.A., Goncharov R.K., Yashin D.A., Gellert M.E., Sulimov D.V., Morozova P.A., Filipov I.M., Adam I.A., Chistiakov V.V., Samsonov E.O., Egorov V.I. Increase of signal to reference ratio for phase compensation in continuous-variable quantum key distribution systems. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (1), P. 59–68.
28. Melikhova A.S., Popov A.I., Blinova I.V., Popov I.Y. Mathematical model of weakly coupled spherical resonator chains under the influence of external magnetic field. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (2), P. 155–159.
29. Nielsen M.A., Chuang I.L. Quantum Computation and Quantum Information. 10th Anniversary Edition, Cambridge: Cambridge University Press, 2010, P. 510–519.
Рецензия
Для цитирования:
Попов Е.Н., Трифанов А.И., Москаленко М.А., Решетов В.А. Квантовая связь между двумя радио-модами в одноатомном мазере с двумя резонаторами. Наносистемы: физика, химия, математика. 2025;16(2):176-182. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-65-2-176-182
For citation:
Popov E.N., Trifanov A.I., Moskalenko M.A., Reshetov V.A. Quantum coupling between radio modes in a single-atom maser with two resonators. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2025;16(2):176-182. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-65-2-176-182
Просмотров:
13
Послать статью по эл. почте 