[论文解读] 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 1

一句话总结

本文研究了一维玻色子连续谱中相干脉冲在两能级系统（TLS）上的散射，采用主方程方法计算光子数分布。虽然在单条传输线中单光子发射概率仍不理想，但将系统扩展至两条传输线后，输出场的单光子概率接近于1，趋近于确定性单光子源行为。

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.

研究动机与目标

• 建立两能级系统（TLS）耦合到传输线中一维玻色子模式连续谱的开放量子系统的主方程模型。
• 利用主方程计算密度矩阵的时间演化，并提取散射场的光子统计特性。
• 模拟相干脉冲入射到TLS时的反射过程，并计算相应的光子数分布。
• 将模型扩展至包含两条独立传输线，以分析其对单光子发射的影响。
• 比较单线与双线配置下的单光子概率，以评估光源性能。

提出的方法

• 为包含耦合到传输线中一维玻色子模式连续谱的两能级系统（TLS）的开放量子系统建立主方程。
• 利用主方程计算密度矩阵的时间演化，并提取散射场的光子统计特性。
• 模拟相干脉冲入射到TLS时的反射过程，并计算相应的光子数分布。
• 将模型扩展至包含两条独立传输线，以分析其对单光子发射的影响。
• 比较单线与双线配置下的单光子概率，以评估光源性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 当相干脉冲入射到一维连续谱中的两能级系统（TLS）时，散射场的光子数分布如何变化？
• RQ2 当TLS在单条传输线中由相干脉冲驱动时，反射场中的单光子概率是多少？
• RQ3 通过引入第二条传输线，是否能显著提升单光子概率？
• RQ4 在双线配置下，系统在多大程度上趋近于确定性单光子源行为？

主要发现

• 在单条传输线配置中，反射场的单光子概率相比入射相干脉冲有所增强。
• 尽管有所增强，该系统在单线配置下仍无法作为优良的确定性单光子源使用。
• 将系统扩展为两条独立传输线后，输出场的单光子概率接近于1。
• 双线配置显著提升了单光子发射的保真度，表明其在实际确定性单光子源实现中具有潜力。