Spin-exchange collisions in hot vapors creating and sustaining bipartite entanglement

Mouloudakis, K.; Kominis, I. K.

doi:10.1103/physreva.103.l010401

Cited by 12 publications

(9 citation statements)

References 41 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…We analyse in detail spin-noise correlations between the two species and we find that even in equilibrium the two atomic systems share and exchange spin-noise correlations that build-up as a result of the spin-exchange interaction. We observe a coherence transfer between the two vapors that is more evident in small magnetic fields and we find that a positive spin-noise correlation at τ = 0 in agreement with the predictions of [89,100,118].…”

Section: Thesis Contentssupporting

confidence: 88%

“…It is also evident that an initially correlated state remains also correlated after the unitary exchange interaction. This is a first demonstration of the general belief that successive collisions can in principle sustain quantum correlations [83,118].…”

Section: Spin-1/2 Particles Without Nuclear Spinmentioning

confidence: 70%

“…W e have developed and performed a precision experiment with the aim to study spin-noise correlations that spontaneously build-up due to rapid spinexchange collisions in a vapor cell containing dual-species alkali vapors at room temperature and above. The 87 Rb- 133 Cs experiment has interestingly shown non-zero spinnoise correlations leading to the conclusion that spin-exchange collisions in dual-species can generate and sustain spin-spin correlations as it has been demonstrated recently in [83,100] but also theoretically in [89,118].…”

Section: Chapter 7 Conclusionmentioning

confidence: 80%

“…This term can be though as an effective magnetic field (Zeeman term) whose magnitude is proportional to the mean value of the spin of the second collisional partner. It can be shown that only states with electron/nucleus correlation can exhibit such a frequency shift , therefore the existence of the shift works somehow as an indicator or as a signature of electron-nucleus correlations [118]. The term ρ e a is identified as ρ e a = T r B {P e ρ(t)P e }.…”

Section: Spin-exchange Master Equationmentioning

confidence: 99%

See 3 more Smart Citations

Spin noise correlations in multispecies hot atomic vapors

Μουλουδάκης¹

View full text Add to dashboard Cite

Οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν στα αλκαλικά ατομικά αέρια αποτελούν θεμέλιο για μια πληθώρα από θεμελιώδης και εφαρμοσμένες έρευνες όπως οι μελέτες της πυρηνικής δομής και των θεμελιωδών συμμετριών, τα ευαίσθητα ατομικά μαγνητόμετρα, ο μαγνητικός συντονισμός και η βιομαγνητική απεικόνιση. Τα αποτελέσματα των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν στο ατομικό σύστημα είναι πολύπλούσια και διαφέρουν ανάλογα τις συνθήκες: Μπορούν να προκαλέσουν αποσυμφωνία και να δημιουργήσουν θόρυβο σπιν ή μπορούν να μεταφέρουν πόλωση σπιν και κβαντική συμφωνία χωρίς να συνεισφέρουν στην αποσυμφωνία του ολικού σπιν του αερίου. Πρόσφατα, με την ανάπτυξη των κβαντικών μετρήσεων και της κβαντικής τεχνολογίας, οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν έχουν τραβήξει αρκετά το ενδιαφέρον σαν ένας πόρος για την κβαντική μετρολογία και σαν πιθανή πηγή κβαντικού θορύβου. Κάναμε ένα πείραμα ακρίβειας το οποίο αφορά συσχετίσεις θορύβου σπιν σε πολυατομικά θερμά ατομικά αέρια. Πιο συγκεκριμένα, παρατηρούμε μη μηδενικές συσχετίσεις σπιν θορύβου και φαινόμενα μεταφορά κβαντικής συμφωνίας σε θερμική ισορροπία μεταξύ των σπιν των αλκαλικών ατόμων 133Cs και 87Rb, τα οποία έχουν από την φύση τους διαφορετικούς γυρομαγνητικούς λόγους. Και τα δύο αυτά αποτελέσματα πηγάζουν από τις αυθόρμητες και ακατάπαυστες συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν οι οποίες τείνουν να συζεύξουν τα δυο ατομικά συστήματα μέσω της σύμφωνης ανταλλαγής σπιν. Ερευνούμε την συμπεριφορά των αυθόρμητων συσχετίσεων θορύβου σπιν τόσο σε μία ισχυρά συζευγμένη περιοχή, σε μικρά μαγνητικά πεδία, όπου ο ρυθμός των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν είναι μεγαλύτερος από την διαφορά των Larmor συχνοτήτων των δυο αερίων και σε μία ασθενώς συζευγμένη περιοχή, σε μεγαλύτερα μαγνητικά πεδία, όπου η μεγάλη συχνότητα Larmor τείνει να συρρικνώσει τις σχηματισμένες συσχετίσεις. Σε θεωρητικό επίπεδο, αναπτύξαμε μια εικόνα κβαντικών τροχιών των αλληλεπιδράσεων ανταλλαγής σπιν, η οποία είναι σε συμφωνία με την γεννήτρια εξίσωση που περιγράφει την δυναμική του πίνακα πυκνότητας. Στην συνέχεια χρησιμοποιούμε τις κβαντικές τροχιές για να δείξουμε την φύση των συσχετίσεων θορύβου οι οποίες αναπτύσσονται αυθόρμητα σε πολυατομικά συστήματα και συχνά χρησιμοποιούνται σε ευαίσθητες μετρήσεις του σπιν. Τέλος, δείχνουμε ότι οι συγκρούσεις ανταλλαγής σπιν στα θερμά ατομικά αέρια δημιουργούν αυθόρμητα ισχυρές δυαδικές συμπλέξεις, τις οποίες και ποσοτικοποιούμε χρησιμοποιώντας τα εργαλεία της θεωρίας της κβαντικής πληροφορίας. Οι συμπλέξεις αυτές έχουν χρόνο ζωής τουλάχιστον ίσο με τον χρόνο των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν και επηρεάζουν άμεσα μετρούμενα μεγέθη που σχετίζονται με τον θόρυβο σπιν. Παρουσιάζουμε ένα θεωρητικό παράδειγμα όπου ένα θερμό και πυκνό ατομικό αέριο μπορεί να διατηρήσει δυαδικές και ίσως και ανώτερης τάξης κβαντικές συμπλέξεις. Βαθύτερη κατανόηση των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν στα θερμά αέρια δυο διαφορετικών ειδών μπορεί να συνεισφέρει στην βελτίωση της λειτουργίας των ατομικών συσκευών, όπως είναι για παράδειγμα τα ατομικά μαγνητόμετρα, ή στην δημιουργία και ανακάλυψη νέων κβαντικών πρωτοκόλλων ή και νέων ατομικών συσκευών.

show abstract

Section: Thesis Contentssupporting

confidence: 88%

Section: Spin-1/2 Particles Without Nuclear Spinmentioning

confidence: 70%

Section: Chapter 7 Conclusionmentioning

confidence: 80%

Section: Spin-exchange Master Equationmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Spin noise correlations in multispecies hot atomic vapors

Μουλουδάκης¹

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Frequent spin-exchange collisions between pairs of atoms in the vapor manifest a local spin-dependent interaction. This interaction often leads to decoherence and relaxation [28] but can also enable coherent coupling and facilitate optical pumping and sensing in various applications [29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41]. In particular, a pioneering work by Forston et al has demonstrated the emergence of spontaneous spin-polarization and magnetic bi-stability upon absorption of linearly-polarized light [42][43][44].…”

mentioning

confidence: 99%

Critical dynamics and phase transition of a strongly interacting warm spin-gas

Horowicz,

Katz,

Raz

et al. 2021

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

Phase transitions are emergent phenomena where microscopic interactions drive a disordered system into a collectively ordered phase. Near the boundary between two phases, the system can exhibit critical, scale-invariant behavior. Here, we report on a second-order phase transition accompanied by critical behavior in a system of warm cesium spins driven by linearly-polarized light. The ordered phase exhibits macroscopic magnetization when the interactions between the spins become dominant. We measure the phase diagram of the system and observe the collective behavior near the phase boundaries, including power-law dependence of the magnetization and divergence of the susceptibility. Out of equilibrium, we observe a critical slow-down of the spin response time by two orders of magnitude, exceeding five seconds near the phase boundary. This work establishes a controlled platform for investigating equilibrium and nonequilibrium properties of magnetic phases.

show abstract

Method of constructing the entangled state of the particle system

Zhou

2023

Pramana - J Phys

View full text Add to dashboard Cite

Spin-exchange collisions in hot vapors creating and sustaining bipartite entanglement

Cited by 12 publications

References 41 publications

Spin noise correlations in multispecies hot atomic vapors

Spin noise correlations in multispecies hot atomic vapors

Critical dynamics and phase transition of a strongly interacting warm spin-gas

Method of constructing the entangled state of the particle system

Contact Info

Product

Resources

About