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Talk: Dispersive Quantum Interface with Atoms and Nanophotonic Waveguides

  • Abstract: Strong coupling between atoms and light is critical for quantum information processing and precise sensing. A nanophotonic waveguide is a promising platform for realizing an atom-light interface that reaches the strong coupling regime. We calculate the dyadic Green’s function and the modified spontaneous emission rates of atoms in presence of a nanowaveguide, which we use to derive the dispersive light response theory using the Heisenberg-Langevin equations. We study QND measurement and spin squeezing using first-principles stochastic master equations. To enhance the squeezing and for applications in magnetometry, we propose a protocol based on the Faraday effect for a nanofiber and a square waveguide. Counterintuitively, by placing the atoms at an azimuthal position where the guided probe mode has the lowest intensity, we increase the cooperativity. We find 6.3 dB and 13 dB of peak squeezing for the nanofiber and the square waveguide, respectively, with 2500 atoms. In the talk, I will also briefly discuss a preliminary work on the optimal control technique for atoms preloaded in an optical lattice near a nanophotonic waveguide. I will show that optimal control waveforms could be designed using the ubiquitous photon scattering interactions among atoms. This could be used to implement Boson sampling experiments using neutral atoms and to study the quantum supremacy for quantum simulations.

个人简介:

戚晓东,2007年本科毕业于山东科技大学,2010及2012年在中科院长春光学精密机械与物理研究所和加拿大女皇大学分别在大功率半导体激光和腔量子光学理论领域获得硕士学位,近期在美国新墨西哥大学完成原子与光子学波导界面研究,获得理论物理学博士学位。博士期间主要从事基于原子与光波导界面的原子基本属性调制、非破坏性精密测量、非经典自选压缩态制备和最优量子控制理论等研究方向。

日程安排

以下根据赵老师提供计划修改。

  • 6月17日,下午3:06北京西站到太原南站火车6:04到达,由赵老师来接。
  • 6月18日周一上午:参观实验室,了解赵老师研究组实验过程,特别是纳米光纤的实验。参观其他多个实验室的计划待定。
  • 18日周一下午:
    1. 讨论一维光格子EIT手稿。重点讨论一下下一步在里德堡原子中可能进行的实验,包括在里德堡热原子中进行的实验,比如在里德堡原子中是否存在超辐射或亚辐射现象等,里德堡中应该有很多实验可以做,目前还没有看到相关文献报道。我会介绍一下我们组在里德堡原子方面的理论研究概况以供参考。
    2. 介绍我在原子集体激发方面的研究内容,包括对colletive eigenmode的计算分析(对应quantum memory应用),以及对晶格上universal control方面的初步构想。可参考我最近做的最优控制演示动画
  • 18日晚,跟张天才和赵延霆老师一起就餐。

  • 19日周二:下午5点学术报告,摘要见上,大约45分钟到1小时。
  • 19日其他时间:跟赵老师研究组关于纳米光纤的学生讲一下纳米光纤的基本理论计算过程以及我的具体研究内容,纳米光纤计算过程中需要注意的事项,同时进行讨论。需要一天时间。
    1. 介绍我们所用的光纤外原子束缚能的计算理论和Matlab计算程序范例。
    2. 介绍我在原子态非破坏性测量和自选压缩方面的计算问题。
    3. 介绍一下有关合作编程的有关计算机工具和一般工作流程。
  • 20日周三:跟苏殿强去平遥参观。一天时间。
  • 21日周四:
    1. 讨论目前已经报道的及我们设想的resolvable sideband cooling等制冷和初态制备技术及由于因自发辐射速率改变(波导效应及集体激发效应)对实验控制过程造成的影响。
    2. 答疑互动收尾,启程下一站访问。

References:

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