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Dispersión de pocas partículas de sistemas cuánticos localizados en baños bosónicos espacialmente estructurados

Fecha:

Rahul Trivedi1, Kevin Fischer2, Fanático de Shanhui2y Jelena Vuckovic2

1Max Planck Institut für Quantenoptik, Garching bei München, 85748, Alemania.
2Universidad de Stanford, Stanford, CA, 94305, EE. UU.

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Resumen

Comprender la dinámica de los sistemas cuánticos localizados integrados en entornos bosónicos diseñados es un problema central en la óptica cuántica y la teoría de sistemas cuánticos abiertos. Presentamos un formalismo para estudiar la dispersión de pocas partículas de un sistema cuántico localizado que interactúa con un baño bosónico descrito mediante una ecuación de onda no homogénea. En particular, proporcionamos relaciones exactas entre la matriz de dispersión cuántica de este sistema interactivo y las soluciones en el dominio de la frecuencia de la ecuación de onda no homogénea, brindando así acceso a la distribución espacial del paquete de ondas de pocas partículas dispersas. El formalismo desarrollado en este artículo allana el camino para comprender computacionalmente el impacto de los medios estructurados en las propiedades de dispersión de los sistemas cuánticos localizados integrados en ellos sin simplificar los supuestos sobre la física de los medios estructurados.

► datos BibTeX

► referencias

[ 1 ] 4 P. Lodahl, S. Mahmoodian y S. Stobbe, “Interconexión de fotones individuales y puntos cuánticos individuales con nanoestructuras fotónicas”, Reviews of Modern Physics, vol. 87, núm. 2, pág. 347, 2015. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.87.347 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.87.347

[ 2 ] 4 X. Ding, Y. He, Z.-C. Duan, N. Gregersen, M.-C. Chen, S. Unsleber, S. Maier, C. Schneider, M. Kamp, S. Höfling et al., “Fotones individuales bajo demanda con alta eficiencia de extracción e indistinguibilidad casi unitaria de un punto cuántico impulsado resonantemente en un micropilar, ”Cartas de revisión física, vol. 116, núm. 2, pág. 020401, 2016. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.020401 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.020401

[ 3 ] 4 P. Michler, Ed., Puntos cuánticos para tecnologías de información cuánticas. Springer, 2017. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-56378-7 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-56378-7

[ 4 ] 4 P. Senellart, G. Solomon y A. White, “Fuentes de fotón único de punto cuántico semiconductor de alto rendimiento”, Nature Nanotechnology, vol. 12, núm. 11, págs. nnano–2017, 2017. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​nnano.2017.218 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2017.218

[ 5 ] 4 JL Zhang, S. Sun, MJ Burek, C. Dory, Y.-K. Tzeng, KA Fischer, Y. Kelaita, KG Lagoudakis, M. Radulaski, Z.-X. Shen et al., “Emisión espontánea fuertemente mejorada por cavidad desde centros de vacantes de silicio en diamantes”, Nano letras, vol. 18, núm. 2, págs. 1360–1365, 2018. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1021/​acs.nanolett.7b05075 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.nanolett.7b05075

[ 6 ] 4 P. Kok, WJ Munro, K. Nemoto, TC Ralph, JP Dowling y GJ Milburn, “Computación cuántica óptica lineal con qubits fotónicos”, Reviews of Modern Physics, vol. 79, núm. 1, pág. 135, 2007. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.79.135 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.135

[ 7 ] 4 JL O'brien, A. Furusawa y J. Vučković, “Tecnologías cuánticas fotónicas”, Nature Photonics, vol. 3, núm. 12, pág. 687, 2009. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​nphoton.2009.229 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2009.229

[ 8 ] 4 D. Roy, CM Wilson y O. Firstenberg, “Coloquio: fotones que interactúan fuertemente en un continuo unidimensional”, Reviews of Modern Physics, vol. 89, núm. 2, pág. 021001, 2017. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.89.021001 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.021001

[ 9 ] 4 A. Reiserer y G. Rempe, “Redes cuánticas basadas en cavidades con átomos individuales y fotones ópticos”, Reviews of Modern Physics, vol. 87, núm. 4, pág. 1379, 2015. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.87.1379 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.87.1379

[ 10 ] 4 L.-M. Duan y C. Monroe, “Coloquio: redes cuánticas con iones atrapados”, Reseñas de física moderna, vol. 82, núm. 2, pág. 1209, 2010. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.82.1209 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.1209

[ 11 ] 4 N. Sangouard, C. Simon, H. De Riedmatten y N. Gisin, “Repetidores cuánticos basados ​​en conjuntos atómicos y óptica lineal”, Reviews of Modern Physics, vol. 83, núm. 1, pág. 33, 2011. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.83.33 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.33

[ 12 ] 4 K. Nemoto, M. Trupke, SJ Devitt, AM Stephens, B. Scharfenberger, K. Buczak, T. Nöbauer, MS Everitt, J. Schmiedmayer y WJ Munro, “Arquitectura fotónica para el procesamiento escalable de información cuántica en diamantes”. Revisión física X, vol. 4, núm. 3, pág. 031022, 2014. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.4.031022 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.4.031022

[ 13 ] 4 D. Englund, D. Fattal, E. Waks, G. Solomon, B. Zhang, T. Nakaoka, Y. Arakawa, Y. Yamamoto y J. Vučković, “Controlando la tasa de emisión espontánea de puntos cuánticos individuales en un Cristal fotónico bidimensional”, Cartas de revisión física, vol. 95, núm. 1, pág. 013904, 2005. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.95.013904 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.013904

[ 14 ] 4 RS Daveau, KC Balram, T. Pregnolato, J. Liu, EH Lee, JD Song, V. Verma, R. Mirin, SW Nam, L. Midolo et al., “Fuente eficiente de fotón único acoplada a fibra basada en puntos cuánticos en una guía de ondas de cristal fotónico”, Optica, vol. 4, núm. 2, págs. 178–184, 2017. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1364/​OPTICA.4.000178 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.000178

[ 15 ] 4 M. Pelton, C. Santori, J. Vucković, B. Zhang, GS Solomon, J. Plant e Y. Yamamoto, “Fuente eficiente de fotones individuales: un único punto cuántico en una microcavidad de microposte”, Cartas de revisión física, vol. 89, núm. 23, pág. 233602, 2002. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.89.233602 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.89.233602

[ 16 ] 4 A.-M. Él, Y. Él, Y.-J. Wei, D. Wu, M. Atatüre, C. Schneider, S. Höfling, M. Kamp, C.-Y. Lu y J.-W. Pan, “Fuente de fotón único semiconductor bajo demanda con indistinguibilidad cercana a la unidad”, Nature Nanotechnology, vol. 8, núm. 3, págs. 213–217, 2013. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​nnano.2012.262 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2012.262

[ 17 ] 4 KA Fischer, L. Hanschke, J. Wierzbowski, T. Simmet, C. Dory, JJ Finley, J. Vučković y K. Müller, “Signatures of two-photon pulses from a quantum two-level system”, Nature Physics , vol. 13, núm. 7, págs. 649–654, 2017. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​nphys4052 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys4052

[ 18 ] 4 L. Hanschke, KA Fischer
, S. Appel, D. Lukin, J. Wierzbowski, S. Sun, R. Trivedi, J. Vučković, JJ Finley y K. Müller, “Fuentes de fotón único de puntos cuánticos con probabilidad multifotónica ultrabaja”. npj Información cuántica, vol. 4, núm. 1, págs. 1 a 6, 2018. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0092-0 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0092-0

[ 19 ] 4 M. Metcalfe, SM Carr, A. Muller, GS Solomon y J. Lawall, “Emisión de banda lateral resuelta de puntos cuánticos inas/​gaas tensados ​​por ondas acústicas superficiales”, Cartas de revisión física, vol. 105, núm. 3, pág. 037401, 2010. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.105.037401 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.037401

[ 20 ] 4 KC Miao, A. Bourassa, CP Anderson, SJ Whiteley, AL Crook, SL Bayliss, G. Wolfowicz, G. Thiering, P. Udvarhelyi, V. Ivády et al., “Interferometría óptica impulsada eléctricamente con espines en carburo de silicio, ” Avances científicos, vol. 5, núm. 11, pág. eaay0527, 2019. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.aay0527 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aay0527

[ 21 ] 4 DM Lukin, AD White, R. Trivedi, MA Guidry, N. Morioka, C. Babin, Ö. O. Soykal, J. Ul-Hassan, NT Son, T. Ohshima et al., “Emisores cuánticos espectralmente reconfigurables habilitados mediante modulación rápida optimizada”, npj Quantum Information, vol. 6, núm. 1, págs. 1 a 9, 2020. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00310-0 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00310-0

[ 22 ] 4 H. Wang, Y.-M. Él, T.-H. Chung, H. Hu, Y. Yu, S. Chen, X. Ding, M.-C. Chen, J. Qin, X. Yang et al., “Hacia fuentes óptimas de fotón único a partir de microcavidades polarizadas”, Nature Photonics, vol. 13, núm. 11, págs. 770–775, 2019. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41566-019-0494-3 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-019-0494-3

[ 23 ] 4 X. Li, J. Chen, P. Voss, J. Sharping y P. Kumar, “Fuente de pares de fotones totalmente de fibra para comunicaciones cuánticas: generación mejorada de fotones correlacionados”, Optics express, vol. 12, núm. 16, págs. 3737–3744, 2004. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1364/​OPEX.12.003737 0pt.
https://​/​doi.org/​10.1364/​OPEX.12.003737

[ 24 ] 4 G. Harder, V. Ansari, B. Brecht, T. Dirmeier, C. Marquardt y C. Silberhorn, “Una fuente de pares de fotones optimizada para circuitos cuánticos”, Optics express, vol. 21, núm. 12, págs. 13 975–13 985, 2013. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1364/​OE.21.013975 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.21.013975

[ 25 ] 4 H. Pichler y P. Zoller, “Circuitos fotónicos con retardos de tiempo y retroalimentación cuántica”, Cartas de revisión física, vol. 116, núm. 9, pág. 093601, 2016. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.116.093601 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.093601

[ 26 ] 4 S. Xu y S. Fan, “Generar estado de red tensorial mediante dispersión secuencial de fotón único en sistemas qed de guía de ondas”, APL Photonics, vol. 3, núm. 11, pág. 116102, 2018. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1063/​1.5044248 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5044248

[ 27 ] 4 H. Carmichael, Un enfoque de sistemas abiertos a la óptica cuántica: conferencias presentadas en la Université Libre de Bruxelles, del 28 de octubre al 4 de noviembre de 1991. Springer Science & Business Media, 2009, vol. 18. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-47620-7 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-47620-7

[ 28 ] 4 C. Gardiner y P. Zoller, Ruido cuántico: un manual de métodos estocásticos cuánticos markovianos y no markovianos con aplicaciones a la óptica cuántica. Springer Science & Business Media, 2004, vol. 56. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1007/​9783540223016 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1007 / 9783540223016

[ 29 ] 4 A. Asenjo-García, J. Hood, D. Chang y H. Kimble, “Interacciones átomo-luz en nanoestructuras cuasi unidimensionales: una perspectiva de la función verde”, Physical Review A, vol. 95, núm. 3, pág. 033818, 2017. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.95.033818 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.033818

[ 30 ] 4 HT Dung, L. Knöll y D.-G. Welsch, “Interacción dipolo-dipolo resonante en presencia de entornos dispersores y absorbentes”, Physical Review A, vol. 66, núm. 6, pág. 063810, 2002. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.66.063810 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.063810

[ 31 ] 4 AH Kiilerich y K. Mølmer, “Teoría de entrada-salida con pulsos cuánticos”, Cartas de revisión física, vol. 123, núm. 12, pág. 123604, 2019. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.123604 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.123604

[ 32 ] JR Taylor, Teoría de la dispersión: la teoría cuántica de las colisiones no relativistas. Corporación de mensajería, 2006.

[ 33 ] 4 S. Fan, Ş. E. Kocabaş y J.-T. Shen, “Formalismo de entrada-salida para el transporte de pocos fotones en guías de ondas nanofotónicas unidimensionales acopladas a un qubit”, Physical Review A, vol. 82, núm. 6, pág. 063821, 2010. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.82.063821 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.82.063821

[ 34 ] 4 S. Xu, E. Rephaeli y S. Fan, “Propiedades analíticas de la matriz de dispersión de dos fotones en sistemas cuánticos integrados determinadas por el principio de descomposición de cúmulos”, Cartas de revisión física, vol. 111, núm. 22, pág. 223602, 2013. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.223602 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.223602

[ 35 ] 4 S. Xu y S. Fan, “Formalismo de entrada-salida para el transporte de pocos fotones: un tratamiento sistemático más allá de dos fotones”, Physical Review A, vol. 91, núm. 4, pág. 043845, 2015. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.91.043845 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.043845

[ 36 ] 4 R. Trivedi, K. Fischer, S. Xu, S. Fan y J. Vuckovic, “dispersión y emisión de pocos fotones desde sistemas cuánticos de baja dimensión”, Physical Review B, vol. 98, no
. 14, pág. 144112, 2018. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.144112 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.144112

[ 37 ] R. Trivedi, D. Malz, S. Sun, S. Fan y J. Vučković, “Excitación óptima de dos fotones de estados ligados en guías de ondas no markovianas qed”, Physical Review A, vol. 104, núm. 1, pág. 013705, 2021. https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.104.013705.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.013705

[ 38 ] 4 KA Fischer, R. Trivedi, V. Ramasesh, I. Siddiqi y J. Vučković, “Dispersión en guías de ondas unidimensionales a partir de un sistema óptico cuántico impulsado coherentemente”, Quantum, vol. 2, pág. 69, 2018. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-05-28-69 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-05-28-69

[ 39 ] 4 T. Shi, DE Chang y JI Cirac, “Teoría de la dispersión multifotónica y ecuaciones maestras generalizadas”, Physical Review A, vol. 92, núm. 5, pág. 053834, 2015. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.92.053834 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.053834

[ 40 ] 4 T. Caneva, MT Manzoni, T. Shi, JS Douglas, JI Cirac y DE Chang, “Dinámica cuántica de la propagación de fotones con interacciones fuertes: un formalismo de entrada-salida generalizado”, New Journal of Physics, vol. 17, núm. 11, pág. 113001, 2015. [En línea]. Disponible: http://​/​dx.doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113001 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113001

[ 41 ] 4 S. Haroche y D. Kleppner, “Electrodinámica cuántica de cavidad”, Phys. Hoy, vol. 42, núm. 1, págs. 24–30, 1989. [En línea]. Disponible: http://​/​dx.doi.org/​10.1063/​1.881201 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.881201

[ 42 ] 4 R. Trivedi, M. Radulaski, KA Fischer, S. Fan y J. Vučković, “Bloqueo de fotones en sistemas electrodinámicos cuánticos de cavidad débilmente impulsada con muchos emisores”, Cartas de revisión física, vol. 122, núm. 24, pág. 243602, 2019. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.122.243602 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.243602

[ 43 ] 4 T. Shi, S. Fan et al., “Transporte de dos fotones a través de un acoplamiento de guía de ondas a un resonador de galería de susurros que contiene un efecto de bloqueo de átomos y fotones”, Physical Review A, vol. 87, núm. 6, pág. 063818, 2013. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.87.063818 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.063818

[ 44 ] 4 J. Liu, M. Zhou y Z. Yu, “Teoría de la dispersión cuántica de un estado fock de fotón único en espacios tridimensionales”, Optics Letters, vol. 41, núm. 18, págs. 4166–4169, 2016. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1364/​OL.41.004166 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1364 / OL.41.004166

[ 45 ] 4 M. Orenstein, S. Fan et al., “Sistema cuántico de dos niveles como dispersor macroscópico para modos fotónicos bidimensionales ultraconfinados”, Physical Review A, vol. 102, núm. 1, pág. 013717, 2020. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.102.013717 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.013717

[ 46 ] 4 EK Miller, “Un estudio selectivo del electromagnetismo computacional”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 36, núm. 9, págs. 1281–1305, 1988. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1109/​8.8607 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1109 / 8.8607

[ 47 ] 4 S. Molesky, Z. Lin, AY Piggott, W. Jin, J. Vucković y AW Rodriguez, “Diseño inverso en nanofotónica”, Nature Photonics, vol. 12, núm. 11, págs. 659–670, 2018. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41566-018-0246-9 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-018-0246-9

[ 48 ] 4 HT Dung, L. Knöll y D.-G. Welsch, “Cuantización tridimensional del campo electromagnético en dieléctricos no homogéneos dispersivos y absorbentes”, Physical Review A, vol. 57, núm. 5, pág. 3931, 1998. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.57.3931 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.3931

[ 49 ] 4 T. Gruner y D.-G. Welsch, “Enfoque de función verde para la cuantificación del campo de radiación para dieléctricos kramers-kronig homogéneos y no homogéneos”, Physical Review A, vol. 53, núm. 3, pág. 1818, 1996. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.53.1818 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.1818

[ 50 ] 4 S. Weinberg, La teoría cuántica de campos. Prensa de la Universidad de Cambridge, 1995, vol. 2. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9781139644167 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139644167

[ 51 ] 4 H.-P. Breuer y F. Petruccione, La teoría de los sistemas cuánticos abiertos. Oxford University Press on Demand, 2002. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1093/​acprof:oso/​9780199213900.001.0001 0pt.
https: / / doi.org/ 10.1093 / acprof: oso / 9780199213900.001.0001

[ 52 ] 4 Y. Wang y I. Khoo, “Sobre la aproximación de Wigner-Weisskopf en óptica cuántica”, Optics Communications, vol. 11, núm. 4, págs. 323–326, 1974. [En línea]. Disponible: https://​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(74)90227-2 0pt.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(74)90227-2

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