[論文レビュー] Scattering of coherent pulses on a two-level system

Joel Lindkvist, Göran Johansson|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2014

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、1次元ボソン連続体に結合された2準位系（TLS）に対するコherentパルスの散乱を、マスター方程式を用いたアプローチで解析し、光子数分布を計算する。1本の伝送線路での単一光子放出確率は最適でないが、システムを2本の線路に拡張することで、1光子確率が1に近づく出力場が得られ、決定的単一光子源に近い挙動を示す。

ABSTRACT

In this work, we consider a two-level system (TLS) coupled to a one-dimensional continuum of bosonic modes in a transmission line. Using the master equation approach, a method for determining the photon number distribution of the scattered field is outlined. Specifically, results for the reflected field when driving the TLS with a coherent pulse are given. While the one-photon probability is enhanced compared to the incident coherent field, the system is still not a good deterministic single-photon source. Extending the system to contain two separate transmission lines, however, output fields with one-photon probabilities close to unity can be reached.

研究の動機と目的

• 1次元ボソンモード連続体に結合された2準位系（TLS）におけるコherentパルスの散乱をモデル化すること。
• マスター方程式を用いて、散乱場の光子数分布を特定すること。
• コherentパルス励起下でのTLSが単一光子源としての性能を評価すること。
• システムを2本の伝送線路に拡張することで、1光子放出確率が向上するかを調査すること。

提案手法

• 伝送線路内の1次元ボソンモード連続体に結合された2準位系を含む開放量子系のマスター方程式を定式化すること。
• 得られたマスター方程式を用いて密度行列の時間発展を計算し、散乱場の光子統計を抽出すること。
• コherentパルスがTLSに入射する際の反射をシミュレートし、対応する光子数分布を計算すること。
• 1本の伝送線路に加え、2つの独立した伝送線路を含むモデルに拡張し、1光子放出への影響を分析すること。
• 1本線路および2本線路構成における1光子確率を比較し、光源性能を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コherentパルスが1次元連続体内の2準位系に入射する場合、散乱場の光子数分布はどのように変化するか？
• RQ2 1本の伝送線路において、コherentパルスで駆動されるTLSの反射場における1光子確率はどの程度か？
• RQ3 2番目の伝送線路を導入することで、1光子確率を顕著に向上させることができるか？
• RQ4 2本線路構成において、システムはどの程度決定的単一光子源の挙動に近づくか？

主な発見

• 1本の伝送線路構成において、反射場の1光子確率は入射コherentパルスよりも向上している。
• その向上にもかかわらず、1本線路構成ではTLSは良好な決定的単一光子源として機能しない。
• 2つの独立した伝送線路に拡張することで、出力場の1光子確率は1に近づく。
• 2本線路構成は1光子放出の忠実度を顕著に向上させ、実用的な決定的単一光子源実装の可能性を示している。