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Decoupling of external and internal dynamics in driven two-level systems

Böhringer, Samuel und Friedrich, Alexander (2024) Decoupling of external and internal dynamics in driven two-level systems. Physical Review Research, 6, 043153. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevResearch.6.043153. ISSN 2643-1564.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.6.043153

Kurzfassung

We show how a laser driven two-level system including quantized external degrees of freedom for each state can be decoupled into a set of oscillator equations acting only on the external degrees of freedom with operator valued damping representing the detuning. We give a way of characterizing the solvability of this family of problems by appealing to a classical oscillator with time-dependent damping. As a consequence of this classification we (i) obtain analytic and representation-free expressions for Rabi oscillations including external degrees of freedom with and without an external linear potential, (ii) show that whenever the detuning operator can be diagonalized (analytically or numerically) the problem decomposes into a set of classical equations, and (iii) we can use the oscillator equations as a perturbative basis to describe Rabi oscillations in weak but otherwise arbitrary external potentials. Moreover, chirping of the driving fields phase emerges naturally as a means of compensating the Ehrenfest/mean-value part of the detuning operator's dynamics while in the presence of driving phase noise leads to a stochastic evolution equation of Langevin type. Lastly, our approach is representation free with respect to the external degrees of freedom and as consequence a suitable representation or basis expansion can be chosen a posteriori depending on the desired application at hand.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213131/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Decoupling of external and internal dynamics in driven two-level systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Böhringer, Samuelsamuel.boehringer (at) uni-ulm.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Alexanderalexander.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 November 2024
Erschienen in:Physical Review Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:6
DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.043153
Seitenbereich:043153
Verlag:American Physical Society
ISSN:2643-1564
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Atom optics, Cold gases in optical lattices, Quantum metrology
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt COMPASSO
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Quantenmetrologie
Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Hinterlegt von: Sopcic, Claudia
Hinterlegt am:17 Mär 2025 21:55
Letzte Änderung:20 Mär 2025 09:53

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