Атомная когерентность
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2020 г. ) |
Атомная когерентность — это индуцированная когерентность между уровнями многоуровневой атомной системы.
Внутреннее состояние атома характеризуется суперпозицией возбужденных состояний и связанных с ними энергетических уровней. В присутствии внешних электромагнитных полей на энергетических уровнях атома возникают возмущения возбужденных состояний, описывающих внутреннее состояние атома. Когда приобретенная фаза одинакова во всем диапазоне внутренних состояний, атом когерентен. Атомная когерентность характеризуется промежутком времени, в течение которого внутренним состоянием атома можно надежно манипулировать. [1]
Измерение согласованности
[ редактировать ]Основной способ количественной оценки атомной когерентности — использование времени когерентности .
Методы измерения
[ редактировать ]- Контраст в Рэмси бахроме
- Время когерентности — это время, когда контраст полос Рамсея падает до 1/e. [2]
- Затухание колебаний Раби.
- Время когерентности — это время, за которое амплитуда осцилляций Раби упала до 1/e. [3]
Примеры
[ редактировать ]Атомная интерферометрия
[ редактировать ]Атомный интерферометр создает когерентные атомные пучки, когерентность которых соответствует фазе волны де Бройля атома . [4]
Лави плюхается
[ редактировать ]Если электрон в двухуровневой атомной системе возбуждается когерентным электромагнитным излучением с узкой шириной линии , например лазером , который находится в резонансе с двухуровневым переходом, электрон будет флопнуть по Раби . Во время флопа Раби электрон колеблется между основным и возбужденным состояниями и может быть описан непрерывным вращением вокруг сферы Блоха .
Для идеально изолированной системы колебание Раби будет продолжаться бесконечно и не претерпит изменения фазы, что делает ее « когерентным состоянием ». [5] В физических системах взаимодействия между системой и окружающей средой вносят неизвестную фазу в колебание Раби между двумя уровнями по сравнению с колебанием Раби в идеально изолированной системе, вызывая « декогеренцию ».
Если вместо единой двухуровневой системы подготовить ансамбль идентичных двухуровневых систем (например, цепочку одинаковых атомов в ионной ловушке ) и непрерывно воздействовать на них лазером, все атомы могут начать одновременно хлопать Раби. [ нужна ссылка ] Вначале все двухуровневые системы будут иметь определенное относительное фазовое соотношение (все они будут находиться в фазе), и система будет когерентной.
Когда атомы начинают подвергаться случайному спонтанному излучению, их колебания Раби накапливают случайную относительную фазу по отношению друг к другу и становятся декогерентными. В реальных экспериментах шум окружающего магнитного поля и тепловой нагрев от столкновений между атомами вызывают декогеренцию быстрее, чем случайное спонтанное излучение, и являются доминирующими неопределенностями при работе атомных часов или квантовых компьютеров с захваченными ионами . [6] Атомная когерентность также может применяться к многоуровневым системам, которым требуется более одного лазера.
Атомная когерентность необходима в исследованиях нескольких эффектов, таких как электромагнитно-индуцированная прозрачность (EIT), генерация без инверсии (LWI), стимулированное комбинационное адиабатическое прохождение (STIRAP) и нелинейное оптическое взаимодействие с повышенной эффективностью.
Атомные системы, демонстрирующие непрерывное сверхизлучение, демонстрируют длительное время когерентности — свойство, общее с лазерами. [7]
См. также
[ редактировать ]- Атомный интерферометр - интерферометр, который использует волновую природу атомов.
- Атомная оптика - Пучки волн атомной материи с оптическими свойствами.
- Волна материи - квантово-механические волны, описывающие материю.
- Цикл Раби - квантовомеханическое явление
 | Эта атомной, молекулярной и оптической физике, статья, посвященная незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вайнленд, диджей; Монро, К.; Итано, ВМ; Лейбфрид, Д.; Король, БЭ; Микхоф, DM (май 1998 г.). «Экспериментальные проблемы когерентного манипулирования квантовыми состояниями захваченных атомных ионов». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 103 (3): 259. doi : 10.6028/jres.103.019 .
- ^ Ван, Пэнфэй; Луан, Чун-Ян; Цяо, Му; Хм, Марк; Чжан, Цзюньхуа; Ван, Е; Юань, Сяо; Гу, Майл; Чжан, Цзиннин; Ким, Кихван (11 января 2021 г.). «Одноионный кубит с расчетным временем когерентности, превышающим один час» . Природные коммуникации . 12 (1): 233. doi : 10.1038/s41467-020-20330-w . ISSN 2041-1723 . ПМК 7801401 . ПМИД 33431845 .
- ^ де Леселек, Сильвен; Барредо, Дэниел; Линхард, Винсент; Бровайс, Антуан; Лаэ, Тьерри (3 мая 2018 г.). «Анализ несовершенств когерентного оптического возбуждения одиночных атомов в ридберговские состояния» . Физический обзор А. 97 (5): 053803. arXiv : 1802.10424 . Бибкод : 2018PhRvA..97e3803D . дои : 10.1103/PhysRevA.97.053803 . S2CID 52263728 .
- ^ Кронин, Александр Д.; Шмидмайер, Йорг; Причард, Дэвид Э. (28 июля 2009 г.). «Оптика и интерферометрия атомов и молекул» . Обзоры современной физики . 81 (3): 1051–1129. arXiv : 0712.3703 . Бибкод : 2009РвМП...81.1051С . дои : 10.1103/RevModPhys.81.1051 . hdl : 1721.1/52372 . ISSN 0034-6861 . S2CID 28009912 .
- ^ Фут, CJ (2005). Атомная физика . Издательство Оксфордского университета. стр. 127–128. ISBN 978-0-19-850695-9 .
- ^ Бружевич, Колин (2019). «Квантовые вычисления с захваченными ионами: прогресс и проблемы» . pubs.aip.org . Проверено 7 ноября 2023 г.
- ^ Мейзер, Д.; Холланд, МЮ (29 марта 2010 г.). «Стационарное сверхизлучение с атомами щелочноземельных металлов». Физический обзор А. 81 (3). Американское физическое общество (APS): 033847. arXiv : 0912.0690 . Бибкод : 2010PhRvA..81c3847M . дои : 10.1103/physreva.81.033847 . ISSN 1050-2947 . S2CID 118417496 .