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CAVITY QED08. Juni 2011
Fabian Alt
Agenda
Motivation
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell
Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System
Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom
Zusammenfassung
Motivation: Fundamentales System
WW einzelnes Atomund eine Mode des EM-Feldes
Anwendungen in Quantum Information Science
Licht-Materie-Wechselwirkung an fundamentalem SystemMotivation
Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell
Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System
Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom
Zusammenfassung
Theoretischer Hintergrund
Energiespektrum ħωa und ħωc
Zerfallsraten γ und κ
Kopplungsfaktor g proportionalzum Dipolmatrixelement dge
Starke Kopplung: g >> γ, κ
Jaynes-Cummings-ModellTheoretischer Hintergrund
Starke Kopplung: g >> γ, κJaynes-Cummings-Model (rotating wave approximation)
Kommmutatorrelationen
und
Jaynes-Cummings-ModellTheoretischer Hintergrund
Aus HΨ = EΨ lassen sich die Energieniveaus des Systems errechnen
Energieaufspaltung im Jaynes Cummings ModellTheoretischer Hintergrund
Eigenenergien:
Energieaufspaltung im Jaynes Cummings ModellTheoretischer Hintergrund
Eigenenergien:
Experiment I
Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell
Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System
Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom
Zusammenfassung
Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-SystemExperiment I
P. Maunz et al. (MPQ), Phys. Rev. Lett., 2005
Vakuum-Rabi-Aufspaltung sollte messbar sein
Experimenteller AufbauExperiment I
Schema des Experiments:
Experimenteller AufbauExperiment I
Schema des Experiments: Stehende Welle im Resonator:
Experimenteller AufbauExperiment I
Schema des Experiments: Stehende Welle im Resonator:
Experimenteller AufbauExperiment I
Schema des Experiments:
Transmissionsmessung:
Fangen des AtomsExperiment I
Detektion eines Atoms: 780nm – resonant 312 Maxima
Fallentiefe erhöhen
Fangen in Dipolfalle: 785nm - rotverstimmt 310 Maxima
Ein Atom wird in der Mitte des Resonators gefangen
Atomarer Übergang in RubidiumExperiment I
D2-Linie in 85Rb (F=3 zu F=4) σ+ polarisiertes Licht (mf=3 zu mf=4)
effektives Zwei-Niveau-System
Kühlen des Atoms – Cavity CoolingExperiment I
Stark-Shift vergrößertEnergieaufspaltung im Atom
Kühl- und Messintervalle
500μs Kühlen 100μs Messen
ωa
ErgebnisseExperiment I
Vakuum-Rabi Aufspaltung bei Transmissionsmessung eindeutig sichtbar:
ErgebnisseExperiment I
Höhe der Peaks abhängig von Detuning Δa
Stark-Shift verändert Δa = ωc – ωa = 2π × 35MHz
ωa
ωc
Experiment II
Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell
Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System
Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom
Zusammenfassung
Photon Blockade with one trapped atomExperiment II
Birnbaum et al. (Caltech), Nature, 2005
Vakuum-Rabi Aufspaltung
Photon Blockade with one trapped atomExperiment II
Birnbaum et al. (Caltech), Nature, 2005
Vakuum-Rabi Aufspaltung
Übergang in Cäsium (F=4 F‘=5) mit linear polarisiertem Licht
Experimenteller AufbauExperiment II
ErgebnisExperiment II
Paarkorrelationsfunktion zeigt klares Anti-Bunching der Photonen
ErgebnisExperiment II
Oszillation des Atoms führt zu Schwankungen in Transmission
Zusammenfassung
Einführung
Theoretischer Hintergrund – Jaynes-Cummings-Modell
Experiment I – Normal Mode Spectroscopy of Atom-Cavity-System
Experiment II – Photon Blockade with one trapped atom
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Cavity-QED: ein Atom mit einer Mode des EM Feldes
Jaynes-Cummings Modell Eigenenergien
Erstes Dublett: Vakuum-Rabi Aufspaltung
Energiespektrum mit Cavity QED messbar
Mögliche Anwendungen in Quantum Information
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