Verfügbarkeit: Modern challenges in quantum optics

Modern challenges in quantum optics: selected papers of the First International Meeting in Quantum Optics, held in Santiago, Chile, 13 - 16 August 2000

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Format:	Tagungsbericht Buch
Sprache:	English
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2001
Schriftenreihe:	Lecture notes in physics 575
Schlagworte:	Quantum optics > Congresses Quantenoptik Konferenzschrift > 2000 > Santiago de Chile
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XXIII, 405 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	3540419578

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	TABLE OF CONTENTS PART I TRAPPED IONS AND CAVITY QED GENERATION OF FOCK STATES IN THE ONE-ATOM MASER H. WALTHER ........................................................ 3 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 THE ONE-ATOM MASER AND THE GENERATION OF FOCK-STATES USING TRAPPING STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 DYNAMICAL PREPARATION OF NUMBER STATES IN A CAVITY . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 PREPARATION OF FOCK STATES ON DEMAND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 COHERENT MANIPULATION OF TWO TRAPPED IONS WITH BICHROMATIC LIGHT E. SOLANO, R.L. DE MATOS FILHO, N. ZAGURY ............................ 14 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 DISPERSIVE INTERACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1 THE MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2 BELL STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3 RELIABLE TELEPORTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 WIGNER FUNCTION OF THE COLLECTIVE MOTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3 SELECTIVE INTERACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4 RESONANT INTERACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.1 CONDITIONAL VIBRATIONAL DISPLACEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.2 MOTIONAL SCHR¨ ODINGERS CAT STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3 MOTIONAL SQUEEZED STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6 ACKNOWLEDGMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 QUANTUM NONDEMOLITION MEASUREMENT AND QUANTUM STATE MANIPULATION IN TWO DIMENSIONAL TRAPPED ION W. KAIGE, S. MANISCALCO, A. NAPOLI, A. MESSINA ....................... 29 X TABLE OF CONTENTS 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2 DESCRIPTION OF THE MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3 PROPERTIES OF THE MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4 QND MEASUREMENT OF VIBRATIONAL QUANTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5 QUANTUM STATE MANIPULATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.1 GENERATION OF A BIMODAL FOCK STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.2 GENERATION OF ENTANGLED SUPERPOSITION OF FOCK STATES . . . . . . . . . . . 38 5.3 GENERATION OF A PAIR COHERENT STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 PHONON-PHOTON TRANSLATION WITH A TRAPPED ION IN A CAVITY E. MASSONI, M. ORSZAG ............................................ 43 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2 THE MODEL FOR A PHONON-PHOTON TRANSLATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3 INFORMATION TRANSFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4 NUMERICAL SIMULATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5 DISCUSSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 6 THE MODEL FOR AN ION TRAP LASER PRODUCING TRANSFER OF SQUEEZING . . . . 53 7 SEMICLASSICAL APROXIMATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8 NUMERICAL RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 PART II QUANTUM INTERFERENCE, ENTANGLEMENT, DECOHERENCE AND QUANTUM COMPUTING DECOHERENCE, POINTER ENGINEERING AND QUANTUM STATE PROTECTION A.R.R. CARVALHO, P. MILMAN, R.L. DE MATOS FILHO, L. DAVIDOVICH ....... 65 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2 STRATEGY FOR QUANTUM STATE PROTECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3 APPLICATION TO A TRAPPED ION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.1 HAMILTONIAN OF THE SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2 MASTER EQUATION FOR THE CENTER-OF-MASS MOTION . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.3 EFFECT OF RANDOM FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.4 PROTECTION OF SUPERPOSITIONS OF FOCK STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5 PROTECTION OF A QUBIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.6 PROTECTION OF APPROXIMATE PHASE EIGENSTATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.7 SUPERPOSITIONS OF COHERENT STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.8 PROTECTION OF SQUEEZED STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 TABLE OF CONTENTS XI HIGH EFFICIENCY IN DETECTION OF PHOTONIC QUBITS K.M. GHERI, C. SAAVEDRA ........................................... 80 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2 MODE STRUCTURE OF A SYSTEM OF TWO-CAVITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3 PHOTON WAVEPACKET ABSORPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4 GENERATION OF PHOTONIC QUBITS WITH THREE-LEVEL ATOMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5 SUMMARY AND FURTHER APPLICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 MACROSCOPIC ENTANGLEMENT AND RELATIVE PHASE G. NIENHUIS ....................................................... 95 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2 SINGLE HISTORIES WITH ARBITRARY DETECTION EFFICIENCY . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.1 PERFECT DETECTION EFFICIENCY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.2 IMPERFECT DETECTION EFFICIENCY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3 SINGLE BOSON MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.1 ARBITRARY STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.2 FIXED AMPLITUDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4 MASTER EQUATION FOR TWO BOSON MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.1 TWO REPRESENTATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.2 CORRELATIONS CREATED BY OBSERVATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5 INITIAL STATES WITH FIXED AMPLITUDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.1 SEPARATION OF TOTAL NUMBER AND RELATIVE PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2 COHERENT STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.3 UNIFORM PHASE DISTRIBUTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 DECOHERENCE EFFECTS OF MOTION-INDUCED RADIATION P.A. MAIA NETO, D.A.R. DALVIT ..................................... 110 1 INTRODUCTION AND BRIEF SUMMARY OF DECOHERENCE THEORY . . . . . . . . . . . . 110 2 DYNAMICAL CASIMIR EFFECT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3 DECOHERENCE AND THE CASIMIR EFFECT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 4 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 CONTROL OF COLD ATOMIC COLLISIONS BY MULTIPARTICLE ENTANGLEMENT AND A MODIFIED VACUUM IN CAVITY QED J.I. KIM, R.B.B. SANTOS, P. NUSSENZWEIG ............................. 125 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 2 COLD COLLISIONS AND CAVITY QED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 2.1 RADIATIVE ESCAPE COLLISIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 XII TABLE OF CONTENTS 2.2 CAVITY QED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3 COLLISIONAL DYNAMICS IN A CAVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.1 MULTIPARTICLE ENTANGLEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.2 CONTROL OF COLD COLLISIONS BY A MODIFIED VACUUM . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.3 COLLECTIVE DECAY RATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.4 TRAP-LOSS PROBABILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 3.5 ORDERS OF MAGNITUDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 DECOHERENCE EVOLUTION OF A HARMONIC OSCILLATOR J.C. RETAMAL ...................................................... 138 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 2 STABLE QUANTUM STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3 THE ONSET OF UNSTABILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4 ANALYTICAL SOLUTIONS FOR THE LINEAR ENTROPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.1 A RESERVOIR AT A FINITE TEMPERATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.2 FINITE TEMPERATURE ENTROPY FOR A COHERENT STATE . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.3 FINITE TEMPERATURE ENTROPY FOR A SCHRODINGER CAT . . . . . . . . . . . . . . 153 5 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6 ACKNOWLEDGMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 PART III NON-LINEAR OPTICS, MATTER WAVES ATOMIC SQUEEZING AND ENTANGLEMENT FROM BOSEEINSTEIN CONDENSATES H. PU, M.G. MOORE, P. MEYSTRE ..................................... 161 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 2 ENTANGLED ATOMIC BEAMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 3 DICKE STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 4 ATOM-PHOTON ENTANGLEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 ATOMIC COHERENCE EFFECTS IN DOPPLER-BROADENED THREE-LEVEL SYSTEMS WITH STANDING-WAVE DRIVE F. SILVA, J. MOMPART, V. AHUFINGER, R. CORBAL´ AN ....................... 177 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 2 SEMICLASSICAL DENSITY MATRIX ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3 DRESSED-ATOM ANALYSIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 4 ELECTROMAGNETICALLY INDUCED TRANSPARENCY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 TABLE OF CONTENTS XIII 5 AMPLIFICATION WITHOUT INVERSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 FREQUENCY UP-CONVERSION TO THE VACUUM ULTRA-VIOLET IN COHERENTLY PREPARED MEDIA J.P. MARANGOS, I. KU¸ CUKKARA, M. ANSCOMBE ........................... 195 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 2 REVIEW OF PREVIOUS WORK ON EIT ENHANCED NON-LINEAR MIXING . . . . . . . 199 3 THEORETICAL TREATMENT OF EIT ENHANCED FOUR-WAVE MIXING IN KR . . . . 201 4 EXPERIMENTAL INVESTGATION OF EIT ENHANCED FOUR-WAVE MIXING IN KR . 203 4.1 EXPERIMENTAL SYSTEM AND RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 4.2 DISCUSSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 5 FURTHER DEVELOPMENTS AND CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 OPTICAL LATTICE DYNAMICS AND SCATTERING PROCESSES RESULTING FROM DIPOLE-DIPOLE INTERACTION A. GUZM´ AN, J. ZAPATA .............................................. 212 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 2 ATOMIC STATES IN OPTICAL LATTICES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 3 THE DIPOLE-DIPOLE INTERACTION IN AN OPTICAL LATTICE . . . . . . . . . . . . . . . . 217 4 HOPPING WITHIN THE WANNIER REPRESENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 5 ATOM-ATOM DIFFRACTION IN 1D OPTICAL LATTICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 6 SUMMARY AND CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 PART IV QUANTUM OPTICS AND APPLICATIONS TIME DELAY AND TUNNELING H.M. NUSSENZWEIG ................................................. 229 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 2 THE EISENBUD-WIGNER TIME DELAY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 3 TUNNELING TIME AS GROUP DELAY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 3.1 CRITIQUE OF TUNNELING TIME AS GROUP DELAY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 4 THE LARMOR TIMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 5 STATIONARY DWELL TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 5.1 REMARKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 6 OTHER APPROACHES TO TUNNELING TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 6.1 MODULATION OF THE BARRIER OR OF THE INCIDENT WAVE . . . . . . . . . . . . . . 233 6.2 CONDITIONAL DWELL TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 6.3 PATH INTEGRALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 6.4 CRITIQUE OF THE FEYNMAN* APPROACH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 XIV TABLE OF CONTENTS 7 AVERAGE WAVE PACKET DWELL TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 8 ONE-DIMENSIONAL QUANTUM SCATTERING THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.1 THE TIME DELAY MATRIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 8.2 NEW BASIS FUNCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 9 THE AVERAGE ONE-DIMENSIONAL WAVE PACKET DWELL TIME . . . . . . . . . . . . 238 9.1 AVERAGE ONE-DIMENSIONAL DWELL TIME FOR A SYMMETRIC POTENTIAL . . . 239 10 RECTANGULAR POTENTIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 10.1 AVERAGE DWELL TIME IN TUNNELING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 11 MAIN PROBLEMS WITH PREVIOUS TREATMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 12 TEN GOOD FEATURES OF THE AVERAGE DWELL TIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 GIANT INTENSITY-INTENSITY CORRELATIONS AND QUANTUM INTERFERENCE IN A DRIVEN THREE-LEVEL ATOM S. SWAIN, Z. FICEK ................................................. 244 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 2 THE THREE-LEVEL MODEL: BOTH TRANSITIONS EXCITED . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 2.1 SECOND-ORDER CORRELATION FUNCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 2.2 DISTINGUISHABLE PHOTONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 2.3 INDISTINGUISHABLE PHOTONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 2.4 INTERPRETATION OF THE RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 3 SINGLE-TRANSITION EXCITATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 3.1 SUPERPOSITION DRESSED STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 4 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 A CAVITY QED TEST OF QUANTUM MECHANICS Z. FICEK, S. SWAIN ................................................. 262 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 2 THE EIGENSTRUCTURE OF THE DRIVEN TWO-LEVEL ATOM IN A CAVITY . . . . . . . 264 3 MASTER EQUATION OF THE SYSTEM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 4 THE AUTLER-TOWNES ABSORPTION SPECTRUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 4.1 POPULATION OF THE UNDRIVEN LEVEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 4.2 POPULATION OF THE DRESSED STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 5 AUTLER-TOWNES SPECTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 5.1 FIXED NUMBER OF PHOTONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 5.2 NUMERICAL RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 6 SUMMARY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 THE METHOD OF QUANTUM JUMPS AND QUANTUM WHITE W. VON WALDENFELS ................................................. 279 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 TABLE OF CONTENTS XV 2 THE MASTER EQUATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 3 THE QUANTUM JUMP METHOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 4 QUANTUM WHITE NOISE INTEGRALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 5 THE TWO LEVEL ATOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 6 THE OSCILLATOR IN AN ATOMIC HEAT BATH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 QUANTUM ORBITS IN INTENSE-LASER ATOM PHYSICS R. KOPOLD, W. BECKER .............................................. 294 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 2 THE S MATRIX FOR IONIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 2.1 GENERAL FORMALISM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 2.2 APPROXIMATION BY QUANTUM ORBITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 2.3 QUANTUM ORBITS AND THE SIMPLE-MAN MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 3 RESULTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 3.1 SPECTRA FOR LINEAR POLARIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 3.2 SPECTRA FOR ELLIPTICAL POLARIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 3.3 ANGULAR DISTRIBUTIONS FOR ELLIPTICAL POLARIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . 303 4 COMPARISON TO EXPERIMENTAL DATA AND CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 MICROMASER DYNAMICS BEYOND THE ROTATING-WAVE APPROXIMATION F. DE ZELA ........................................................ 310 1 INTRODUCTION AND BACKGROUND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 2 THE MICROMASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 3 THE ROTATING AND THE COUNTER-ROTATING WAVE APPROXIMATIONS . . . . . . . 321 4 DIAGONALIZATION OF THE RABI HAMILTONIAN BY CONTINUED FRACTIONS . . . . . 323 5 TRANSITION PROBABILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 6 THE STEADY-STATE PHOTON DISTRIBUTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 7 THE ATOMIC INVERSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 8 TRAPPING STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 9 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 WHAT IS A QUANTIZED MODE OF A LEAKY CAVITY? S.M. DUTRA, G. NIENHUIS ............................................ 338 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 2 OPEN SYSTEMS IN QUANTUM MECHANICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 2.1 QUANTUM DISSIPATION AND THE CLASSICAL LIMIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 3 WHAT IS A MODE OF A LEAKY CAVITY? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 3.1 THE CLASSICAL ANSWER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 3.2 QUASIMODES IN THE QUANTUM THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 XVI TABLE OF CONTENTS 4 A SIMPLE MODEL OF A LEAKY CAVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 5 FOX-LI MODES AS NATURAL MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 5.1 STURM-LIOUVILLE WITH A TWIST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 6 QUANTUM THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 7 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 THE QUANTUM JUMPS APPROACH FOR INFINITELY MANY STATES D. SPEHNER, J. BELLISSARD ............................................ 355 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 2 THE MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 2.1 THE STOCHASTIC SCHEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 2.2 EXAMPLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 3 CASE OF INFINITELY MANY STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 4 EQUIVALENCE WITH THE MASTER EQUATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 4.1 DECOMPOSITION OF THE GENERATOR L INTO A JUMP AND A DAMPING PARTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 4.2 AVERAGE OVER QUANTUM TRAJECTORIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 4.3 COMMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 5 STOCHASTIC HAMILTONIANS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 6 COMPARISON WITH OTHER STOCHASTIC SCHEMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 6.1 QUANTUM JUMP SCHEMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 6.2 QUANTUM DIFFUSION SCHEMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 6.3 COMPARISON WITH THE MODEL OF SECT. 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 7 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 PART V SHORT CONTRIBUTIONS COHERENT POPULATION TRAPPING AND RESONANCE FLUORESCENCE IN A CLOSED FOUR-LEVEL SYSTEM M.L. LADR´ ON DE GUEVARA ............................................ 379 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 2 MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 3 RESULTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 DYNAMICS OF BOSE*EINSTEIN CONDENSATION FOR NEGATIVE SCATTERING LENGTH V.S. FILHO, A. GAMMAL, L. TOMIO, T. FREDERICO ....................... 384 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 TABLE OF CONTENTS XVII QUANTUM GATES WITH A SELECTIVE INTERACTION E. SOLANO, M. FRAN¸ CA SANTOS, P. MILMAN ............................. 389 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 MEASURING ENTANGLEMENT THROUGH THE WIGNER FUNCTION M. FRAN¸ CA SANTOS, L. DAVIDOVICH .................................... 394 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 2 ENTANGLEMENT IN THE TWO-MODE WIGNER FUNCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 3 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 REFLECTION OF A SLOW ATOM BY A CAVITY A. DELGADO, L. ROA, C. SAAVEDRA ..................................... 399 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 2 THE MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 3 SUMMARY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
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