Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Атомная когерентность — это индуцированная когерентность между уровнями многоуровневой атомной системы. Внутреннее состояние атома характеризуется суперпозицией возбужденных состояний и соответствующих им энергетических уровней. Под воздействием внешних электромагнитных полей энергетические уровни атома испытывают возмущения, описывающие его внутреннее состояние. Атом считается когерентным, когда приобретенная фаза одинакова для всех его внутренних состояний. Атомная когерентность характеризуется временем, в течение которого внутреннее состояние атома может быть надежно управляемым.
Atomic coherence is the induced coherence between levels of a multi level atomic system. The internal state of an atom is characterized by a superposition of excited states and their associated energy levels. In the presence of external electromagnetic fields, the atom's energy levels acquire perturbations to the excited states that describe the atom's internal state. When the acquired phase is the same over the range of internal states, the atom is coherent. Atomic coherence is characterized by the length of time over which the internal state of the atom can be reliably manipulated.
Измерение согласованности
Основным способом количественной оценки атомной когерентности является время когерентности.
The primary way by which atomic coherence is quantified is using the coherence time.
Атомная интерферометрия
Атомный интерферометр создает когерентные пучки атомов, где когерентность обусловлена фазой де-бройлевской волны атома.
An atom interferometer creates coherent atomic beams, where the coherence is with respect to the phase of the atom's de Broglie wave.
Раби-флоп
Если электрон в двухуровневой атомной системе возбуждается узколинейным когерентным электромагнитным излучением, например, лазером, находящимся в резонансе с переходом между двумя уровнями, электрон будет испытывать раби-флоп. Во время раби-флоппа электрон колеблется между основным и возбужденным состояниями и может быть описан непрерывным вращением вокруг сферы Блоха. Для идеально изолированной системы колебания Раби будут продолжаться бесконечно и не изменятся по фазе, что делает её "когерентным состоянием". В реальных системах взаимодействие между системой и окружающей средой вносит неопределённость в фазу колебаний Раби между двумя уровнями относительно колебаний Раби в идеально изолированной системе, вызывая "декогеренцию". Если вместо одной двухуровневой системы подготовить и непрерывно облучать лазером ансамбль идентичных двухуровневых систем (например, цепочку идентичных атомов в ионной ловушке), все атомы могут начать одновременно испытывать раби-флоп. Вначале все двухуровневые системы будут иметь определённую относительную фазу (они будут в фазе), и система будет когерентной. По мере того как атомы начинают подвергаться случайной спонтанной эмиссии, их колебания Раби будут накапливать случайную относительную фазу друг относительно друга и станут декогерентными. В реальных экспериментах шум окружающего магнитного поля и тепловой нагрев от столкновений между атомами вызывают декогеренцию быстрее, чем случайная спонтанная эмиссия, и являются доминирующими источниками неопределённости при работе атомных часов или квантовых компьютеров на основе захваченных ионов. Атомная когерентность применима и к многоуровневым системам, для которых требуется более одного лазера. Атомная когерентность необходима в исследованиях различных эффектов, таких как электромагнитно-индуцированная прозрачность (EIT), лазерная генерация без инверсии населённостей (LWI), стимулированный адиабатический переход Рамана (STIRAP) и нелинейное оптическое взаимодействие с повышенной эффективностью. Атомные системы, демонстрирующие непрерывную сверхлучевую эмиссию, обладают длительным временем когерентности, свойством, которое разделяют лазеры.
If an electron in a two level atomic system is excited by narrow line width coherent electro magnetic radiation, like a laser, that is on resonance with the two level transition, the electron will Rabi flop. During Rabi flopping the electron oscillates between the ground and excited states and can be described by a continuous rotation around the Bloch sphere. For a perfectly isolated system the Rabi oscillation will continue indefinitely and will undergo no phase change, making it a "coherent state". In physical systems interactions between the system and the environment introduce an unknown phase in the Rabi oscillation between the two levels with respect to the Rabi oscillation in the perfectly isolated system causing "decoherence". If instead of a single two level system an ensemble of identical two level systems (such as a chain of identical atoms in an ion trap) is prepared and continuously addressed with a laser, all the atoms may begin to simultaneously Rabi flop. At the beginning all two level systems will have a defined relative phase relation (they will all be in phase) and the system will be coherent. As atoms begin to undergo random spontaneous emission their Rabi oscillations will accumulate a random relative phase with respect to each other and become decoherent. In actual experiments ambient magnetic field noise and thermal heating from collisions between atoms cause decoherence faster than random spontaneous emission and are the dominant uncertainties when running atomic clocks or trapped ion quantum computers. Atomic coherence can also apply to multi level systems which require more than a single laser. Atomic coherence is essential in research on several effects, such as electromagnetically induced transparency (EIT), lasing without inversion (LWI), stimulated raman adiabatic passage (STIRAP) and nonlinear optical interaction with enhanced efficiency. Atomic systems demonstrating continuous superradiance exhibit long coherence time, a property shared with lasers.