原子-光相互作用のマイクロメートルスケール制御のためのキャビティ顕微鏡

キャビティ量子電気力学は、少数または個々の原子の運動を観察し制御する可能性を提供し、量子強化計測や強相関物質の量子シミュレーションなどのさまざまな量子技術的タスクの実現を可能にします。これらの実験の核心的な制限は、ミラーの形状や幾何学にハードコーディングされているキャビティフィールドのモード構造にあります。その結果、キャビティQEDのほとんどの応用は、高い感度の代わりに空間分解能をトレードオフします。ここでは、単一モード高ファイネスキャビティ内の原子と光の結合を空間と時間で制御できるキャビティ顕微鏡デバイスを提案し、実証します。これにより、キャビティモードのウェストよりも1桁低い空間分解能に到達します。これは、原子レベル構造の局所フロケ計測を通じて、対応する原子-フィールド結合を印刷することによって達成されます。この能力を示すために、キャビティ支援の原子測定と最適化を使用してマイクロメートルスケールの結合をエンジニアリングします。我々のシステムは、単一の光学軸を持つ光学デバイスを形成し、標準のファブリ・ペローキャビティまたは共焦点レンズペアと同じフットプリントと複雑さを持ち、任意の原子種に使用可能です。この技術は、超高速のキャビティ強化中回路リードアウトから、サッチデブ＝イェー＝キタエフモデルのような完全に接続された量子物質のモデルの量子シミュレーションに至るまで、広範な視点を開きます。