Moving atoms and molecules in strongly-couped radiation fields, in cavities  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
43079
Type K
Principal investigator Domokos, Péter
Title in Hungarian Mozgó atomok és molekulák erősen csatolt sugárzási terekben, rezonátorokban
Title in English Moving atoms and molecules in strongly-couped radiation fields, in cavities
Panel Physics
Department or equivalent Quantum Optics and Quantum Information Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants Asbóth, János Károly
Gábris, Aurél
Janszky, József
Vukics, András
Starting date 2003-01-01
Closing date 2007-12-31
Funding (in million HUF) 6.335
FTE (full time equivalent) 0.00
state closed project





 

Final report

  
Results in Hungarian
A fény-anyag kölcsönhatást mikroszkópikus szinten, az erős csatolás tartományában vizsgáltuk. Jelentős előrehaladást értünk el a sugárzási tér atomok mozgására kifejtett hatásának és a mozgás visszahatásának megértésében. Új módszereket dolgoztunk ki atomok és molekulák mozgásának kontrollált manipulálására, a részecskék termikus mozgásának csillapítására (``rezonátoros hűtés''), és atomok stabil csapdázására a hullámhossz töredékének megfelelő térfogatban. Kidolgoztuk a korábban felállított szemiklasszikus modell kvantummechanikai általánosítását. Egyszerű rendszerek teljesen kvantumos leírását szolgáltató, a Monte-Carlo hullámfüggvény módszeren alapuló numerikus kódot egy kényelmesen kezelhető, szabadon letölthető programcsomagba foglaltuk. A kutatómunka másik fő vonala az erősen csatolt rezonátormódus által közvetített atom-atom kölcsönhatásból származó kollektív hatások vizsgálatát célozta meg. Részletesen felderítettük két atom mozgásában fellépő korrelációt. Átlagtérelmélet segítségével leírtuk a sokatomos rendszer fázisátalakulásait, és a meghatároztuk a rendszer teljes fázisdiagrammját. A csatolt atom rezonátor rendszer egyik lehetséges alkalmazása a kvantuminformáció kezelésében van. Új sémákat dolgoztunk ki több-bites, univerzális kvantumkapuk megvalósítására. Eredményeinket 25 cikkben közöltük, ebből 4 cikk a Physical Review Letters-ben jelent meg.
Results in English
The strong coupling regime of the light-matter interaction has been studied at a microscopic level. We have considerably progressed in the understanding of the radiation field forces exerted on the motion of atoms, and the back-action of the motion on the field. We have developed new methods for the controlled manipulation of atoms and molecules, for the damping of the thermal motion (``cavity cooling''), and for the stable trapping of particles in a tiny volume corresponding to the fraction of the optical wavelength. We have worked out the quantum mechanical generalization of the semiclassical model, set up previously. The numerical code, providing for the fully quantum description of simple systems based on the Monte-Carlo Wavefunction Method has been created and put in an easy-to-use, documented program package. The other main research direction addressed the collective effects arising from the atom-atom interaction mediated by the commonly strongly coupled resonator mode. We have revealed in detail the correlated motion of two atoms. By means of mean-field theory we have described the phase transitions of the many atom system, and determined its full phase diagram. One possible application of the coupled atom and cavity system lies in the processing of quantum information. We have developed new schemes for the realization of universal, multi-qubits quantum gates. Our results have been published in 25 papers, including four papers in the Physical Review Letters.
Full text http://real.mtak.hu/909/
Decision
Yes





 

List of publications

  
D. Nagy, J. K. Asbóth, P. Domokos: Collective cooling of Atoms in a Ring Cavity, Acta Phys. Hung. B 26/1-2, 141-148, 2006
P. Domokos, H. Ritsch: Mechanical effects of light in optical resonators, J.Opt.Soc.Am. B 20, 1098-1130, 2003
A. Vukics, P. Domokos, H. Ritsch: Multidimensional and interference effects in atom trapping by a cavity field, Journal of Optics B 6, 143-153, 2004
C. Henkel, M. Nest, P. Domokos, R. Folman: Optical discrimination between spatial decoherence and thermalization of a massive object, Phys. Rev. A 70, 023810--1-10, 2004
A. Gábris, P. Adam, M. Koniorczyk and J. Janszky: Distinguishing Schrödinger cats in a lossy environment, J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 6 S84­S89, 2004
A. Gabris and G.S. Agarwal: Controlled-NOT gates for four-level atoms in a bimodal cavity, Acta Phys. Hung. B 23, 19-24, 2005
T. Salzburger, P. Domokos, and H. Ritsch: Theory of a single-atom laser including light forces, Phys. Rev. A 72, 033805/1-10, 2005
A. Vukics, J. Janszky and P. Domokos: Cavity cooling of atoms: a quantum statistical treatment, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 38, 1453-1470, 2005
P. Domokos: Semleges atomok lézeres hűtése és csapdázása, Fizikai Szemle 55, 193-198, 2005
J. Janszky and P. Domokos: Kvantumoptika és kvantuminformatika, Magyar Tudomány, 1550-1557, 2005
P. Domokos: A fény mechanikai hatása optikai rezonátorban, A kvantumoptika és elektronika legújabb eredményei, szerk. Heiner Zs. és Osvay K., Szegedi Tudományegyetem, 2006
P. Domokos: Az atom-foton molekula, Magyar Tudomány 167, 531-535, 2006
C. Maschler, H. Ritsch, A. Vukics, P. Domokos: Entanglement assisted fast reordering of atoms in an optical lattice within a cavity at T=0, Optics Communications 273, 446-450, 2007
J. K. Asbóth, P. Domokos: Comment on ``Coupled dynamics of atoms and radiation-pressure-driven interferometers'', Phys. Rev. A 76, 057801, 2007
A. Vukics, H. Ritsch: C++QED: an object-oriented framework for wave-function simulations of cavity QED systems, Eur. Phys. J. D 44, 585, 2007
J. Asboth, P. Domokos, and H. Ritsch: Correlated motion of two atoms trapped in a single-mode cavity field, Phys. Rev. A, 70, 013414--1-11, 2004
P. Domokos, A. Vukics, and H. Ritsch: Anomalous Doppler effect and polariton-mediated cooling of two-level atoms, Phys. Rev. Lett. 92, 103601, 2004
A. Gabris and G.S. Agarwal: Vacuum-induced Stark-shifts for quantum logic using a collective system in a high quality dispersive cavity, Phys. Rev. A 71, 052316, 2005
A. Vukics and P. Domokos: Simultaneous cooling and trapping of atoms by a single cavity-field mode, Phys. Rev. A 72, 031401(R)/1-4, 2005
J. Asbóth, J. Calsamiglia and H. Ritsch: A computable measure of nonclassicality for light, Phys. Rev. Lett. 94, 173602, 2005
J. Asbóth, P. Domokos, H. Ritsch, and A. Vukics: Self-organization of atoms in a cavity field: Threshold, bistability and scaling laws, Phys. Rev. A 72, 053417/1-12, 2005
D. Nagy, J. K. Asbóth, P. Domokos, H. Ritsch: Self-organization of a laser-driven cold gas in a ring cavity, Europhys. Lett. 74, 254-260, 2006
D. Nagy, P. Domokos: Dipole-dipole instability of atom clouds in a far-detuned optical dipole trap, Phys. Rev. A 75, 053416, 2007
G. Szirmai, P. Domokos: Geometric resonance cooling of polarizable particles in an optical waveguide, Phys. Rev. Lett. 99, 213602, 2007
J. K. Asbóth, H. Ritsch, P. Domokos: Collective excitations and instability of an optical lattice due to unbalanced pumping, Phys. Rev. Lett. 98, 203008, 2007



Back »