Atomic vapor-based turnstile device for single photons


German project description
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Quelle für Fourier-Transformations-begrenzte Einzelphotonen, die kein Ultrahochvakuum (UHV) oder eine kryogene Umgebung benötigt. Dank dieser Eigenschaften ist eine solche Quelle ideal für praktische Anwendungen geeignet. Sie basiert auf einem neuartigen Ansatz, der auf einer kollektiv verstärkten resonanten Licht-Atom-Wechselwirkung innerhalb eines Ensembles von schwach gekoppelten thermischen Rubidiumatomen in der Dampfphase beruht. Der Schlüsselmechanismus ist eine von der Photonenzahl abhängige Quanteninterferenz, die die Photonenstatistik eines schwachen kohärenten Zustands modifizieren kann, d.h. Bunching oder Antibunching, der durch das Ensemble propagiert. Interessanterweise kann bei Wechselwirkung mit einer kritischen Anzahl von Atomen der kohärente Zustand in einen Strom von Einzelphotonen umgewandelt werden, die Antibunching aufweisen. In einem solchen Fall wirkt das Ensemble wie ein Einzelphotonen-Drehkreuz.

English project description
This project aims at developing a source of Fourier-transform-limited single-photons which does not require ultra-highvacuum (UHV) or cryogenic environment. Thanks to these characteristics, such a source is ideally suited for practical applications. It relies on a novel approach based on a collectively enhanced resonant light-atom interaction within an ensemble of weakly coupled rubidium atoms in the vapor phase. The key mechanism is a photon-number dependent quantum interference that can modify the photon-statistics of a weak coherent state, i.e. bunching or antibunching, when travelling through the ensemble. Interestingly, when interacting with a critical number of atoms, the coherent state can be transformed into a stream of antibunched single photons. In such a case the ensemble acts as a single-photon turnstile.

Principal investigators
Rauschenbeutel, Arno Prof. Dr. (Details) (Basics of Optics and Photonics)

Duration of project
Start date: 06/2021
End date: 06/2023

Research Areas
Optics, Quantum Optics, Atoms, Molecules, Plasmas

Research Areas
Quantenoptik, Quantentechnologie

Last updated on 2022-12-05 at 12:17