RABI OSCILLATIONS AT THREE-PHOTON LASER EXCITATION OF A SINGLE RUBIDIUM RYDBERG ATOM IN AN OPTICAL DIPOLE TRAP

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In an experiment on three-photon laser excitation  5S1/2 → 5P3/2 → 6S1/2 → 37P3/2 of a single 87Rb, Rydberg atom in an optical dipole trap, we have observed for the first time three-photon Rabi oscillations between the ground and the Rydberg states. A single atom was detected optically by resonance fluorescence signal using a low-noise sCMOS video camera. The relative probability for the atom to remain in the trap after the action of three synchronized exciting laser pulses with durations varying from 100 ns to 2 µs was measured. A distinctive feature of the experiment was the use of intense laser radiation with a wavelength of 1367 nm at the second excitation step, providing a single-photon Rabi frequency up to 2 GHz to control the effective detunings of intermediate levels of the three- photon transition due to the dynamic Stark effect. Rabi oscillations with frequencies from 1 to 5 MHz were registered depending on the intensity of laser pulses of the first and second excitation steps with coherence time 0.7–0.8 µs. Ways to increase the coherence time and contrast of three-photon Rabi oscillations for applications in quantum information with Rydberg atoms are discussed.

About the authors

I. I Beterov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University; Novosibirsk State Technical University; Institute of Laser Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630073; Novosibirsk, 630090

E. A Yakshina

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University; Institute of Laser Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090;Novosibirsk, 630090

G. Suliman

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

P. I Betleni

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

A. A Prilutskaya

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

D. A Skvortsova

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Technical University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630073

T. R Zagirov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

D. B Tret'yakov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

V. M Entin

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

N. N Bezuglov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Saint Petersburg State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Saint Petersburg, 199034

I. I Ryabtsev

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Author for correspondence.
Email: ryabtsev@isp.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

References

  1. S. J. Evered, D. Bluvstein, M. Kalinowski, et al., Nature 622, 268 (2023).
  2. H. J. Manetsch, G. Nomura, E. Bataille, K.˝. Leung, X. Lv, and M. Endres, arXiv: 2403.12021 (https://arxiv.org/abs/2403.12021).
  3. T. F. Gallagher, Rydberg Atoms, Cambridge University Press, Cambridge (1994).
  4. D. Jaksch, J. I. Cirac, P. Zoller, S. L. Rolston, R. Cote, M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 85, 2208 (2000).
  5. M. Saffman, J. Phys. B 49, 202001 (2016).
  6. L. Henriet, L. Beguin, A. Signoles, T. Lahaye, A. Browaeys, G.-O. Reymond, and C. Jurczak, Quantum 4, 327 (2020).
  7. T. Cubel, B. K. Teo, V. S. Malinovsky, J. R. Guest, A. Reinhard, B. Knuffman, P. R. Berman, and G. Raithel, Phys. Rev. A 72, 023405 (2005).
  8. M. Reetz-Lamour, J. Deiglmayr, T. Amthor, and M. Weidemuller, New J. Phys. 10, 045026 (2008).
  9. T. M. Graham, Y. Song, J. Scott et al., Nature 604, 457 (2022).
  10. P. Thoumany, T. Hansch, G. Stania, L. Urbonas, and Th. Becker, Opt. Lett. 34, 1621 (2009).
  11. V. A. Sautenkov, S. A. Saakyan, A. A. Bobrov, E.V. ˙ Vilshanskaya, B. B. Zelener, and B. V. Zelener, ˙ J. Opt. Soc. Am. B 35, 1546 (2018).
  12. P. Cheinet, K.-L. Pham, P. Pillet, I. I. Beterov, I. N. Ashkarin, D. B. Tretyakov, E. A. Yakshina, V. M. Entin, and I. I. Ryabtsev, Quantum Electronics 50, 213 (2020)].
  13. I. N. Ashkarin, I. I. Beterov, E. A. Yakshina, D. B. Tretyakov, V. M. Entin, I. I. Ryabtsev, P. Cheinet, K.-L. Pham, S. Lepoutre, and P. Pillet, Phys. Rev. A 106, 032601 (2022).
  14. I. I. Ryabtsev, I. I. Beterov, D. B. Tretyakov, V. M. Entin, E. A. Yakshina, Phys. Rev. A 84, 053409 (2011).
  15. V. M. Entin, E. A. Yakshina, D. B. Tretyakov, I. I. Beterov, and I. I. Ryabtsev, JETP 116, 721 (2013)].
  16. E. A. Yakshina, D. B. Tretyakov, V. M. Entin, I. I. Beterov, and I. I. Ryabtsev, Quantum Electronics 48, 886 (2018)].
  17. E. A. Yakshina, D. B. Tretyakov, V. M. Entin, I. I. Beterov, I. I. Ryabtsev, JETP 130, 170 (2020)].
  18. D. B. Tretyakov, V. M. Entin, E. A. Yakshina, I. I. Beterov, and I. I. Ryabtsev, Quantum Electronics 52, 513 (2022)].
  19. I. I. Beterov, E. A. Yakshina, D. B. Tretyakov, N. V. Al’yanova, D. A. Skvortsova, G. Suliman, T. R. Zagirov, V. M. Entin, and I. I. Ryabtsev, JETP 137, 246 (2023)].
  20. G. S. Agarwal, Phys. Rev. Lett. 37, 1383 (1976).
  21. S. M. Bohaichuk, F. Ripka, V. Venu, F. Christaller, C. Liu, M. Schmidt, H. Kobler, and J. P. Shaffer, arXiv: 2304.07409 (https://arxiv.org/abs/2304.07409).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».