[論文レビュー] Loss, revival and regain of atomic interference: An explanation grounded on the momentum transfer during photon-atom scattering events

Ángel S. Sanz, Bulevar Kralja+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2010

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 4被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、光子と原子の散乱過程における運動量の転送をモデル化することで、3グレーティング原子干渉計における干渉縞の可視度の損失、再生、回復を説明する。可視度は、転送された運動量の統計的分布に依存しており、'どの道を通過したか'の情報やもつれを用いずに波動関数に基づく説明が可能であることを示している。

ABSTRACT

Here, interference visibility in a three-grating atom interferometer with presence of photon-atom scattering events is analyzed. The model considered is entirely based on the atom wave function and the effects caused on it by both scattering events and subsequent diffractions through the interferometer gratings. A functional dependence of the interference visibility on the probability distribution of transferred momentum (by the photons) to the atoms is thus found, which is used to interpret the available experimental data. Within this model there is no need, therefore, to appeal for concepts such as “which-way” information or entanglement to explain the losses, revivals and regains of quantum coherence in this type of experiments. Rather, visibility losses and revivals are explained in terms of the sudden change induced in the atomic wave function by the momentum transfer, while regains are directly related to the visibility functional dependence on the statistical distribution of transferred momentum of the sample of atoms selected after passing through the interferometer (before they are detected).

研究の動機と目的

• 3グレーティング原子干渉計における観測された量子もつれの損失、再生、回復を説明すること。
• coherence 動態を説明する際に 'どの道を通過したか' の情報やもつれといった概念を排除すること。
• 干渉縞の可視度と、光子-原子散乱中に原子に転送された運動量の統計的分布との直接的な関連を確立すること。
• 可視度の変化を運動量転送効果のみで説明できる波動関数に基づくモデルを提供すること。

提案手法

• 光子-原子散乱イベントとその後の干渉計のグレーティングによる回折の下での原子波動関数の時間発展をモデル化すること。
• 干渉縞の可視度が光子から原子への運動量転送の確率分布にどのように依存するかを分析すること。
• 量子力学的形式主義を用いて、散乱過程における離散的運動量転送によって生じる原子波動関数の変化を追跡すること。
• 原子系全体における運動量転送の統計的広がりを関数として可視度を導出すること。
• 運動量転送後の波動関数の急激な変化が可視度の損失や再生を説明できる点に焦点を当てる。
• 干渉計後の原子の運動量選別が可視度の回復にどのように関与するかを関連付けること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子から原子への運動量転送は、3グレーティング原子干渉計における干渉縞の可視度にどのように影響するか？
• RQ2 もつれや 'どの道を通過したか' の情報を用いずに、なぜ量子もつれの損失、再生、回復が生じるのか？
• RQ3 干渉縞の可視度と転送された運動量の統計的分布との間の関数的関係は何か？
• RQ4 原子波動関数の時間発展は、観測された可視度ダイナミクスをどのように説明できるか？
• RQ5 干渉計後の運動量選別は、可視度の回復においてどのような役割を果たすか？

主な発見

• 干渉縞の可視度は、光子-原子散乱中に原子に転送された運動量の確率分布によって直接的に決定される。
• 可視度の損失は、運動量転送に伴う原子波動関数の急激な変化によって生じるが、もつれや 'どの道を通過したか' の情報の概念を必要としない。
• 可視度の再生は、原子系全体における運動量転送の統計的分布に起因するものであり、量子消去や測定の反作用によるものではない。
• 可視度の回復は、干渉計後に特定の運動量転送特性を持つ原子が選別されることによって説明され、これが有効な可視度関数を変化させる。
• 本モデルは、'どの道を通過したか' の情報やもつれといった波動関数以外の概念を用いずに、実験データをうまく説明できる。
• 可視度と運動量転送分布との関数的依存関係は、系におけるもつれダイナミクスを統一的に説明するものである。