单原子光子阻塞 / 能级与计数

第一颗光子，挡住第二颗

把激光调到原子与腔共同形成的共振。比较单光子阻塞、双光子共振和空腔；检查能级阶梯，采集反复制备后的光子数快照。

共振二能级原子与单腔模，求解零温 Lindblad 方程，以腔占据衰减率设定单位。理想独立腔内光子数读出不是透射光子的时间戳；条件输出关联是另列的模型预测。不含原子运动、多能级结构或装置标定。

一个受驱动腔，一颗量子发射体。

零延迟成对关联

0

腔内平均光子数

0

01相干驱动

02原子 / 腔

03理想光子数读出

几何示意。驻波包络按平均占据的平方根缩放，原子亮度对应激发占据。光子数快照是理想独立态读出，不是飞行光子轨迹。

01 / 缀饰态阶梯

第一步合拍，第二步错开。

激光旋转系中的缀饰能级，金线为零能量。一激发或二激发能级过零，分别对应相应共振。线条加粗仅便于辨认，不表示谱线宽度。

$E_{n,\pm}/(\hbar\kappa)=-n\Delta/\kappa\pm(g/\kappa)\sqrt n$

02 / 一颗光子离开之后

下一颗多久才能跟上？

腔发射跳跃后的模型输出关联，由量子回归计算。Poisson 虚线基准为一。这不是从下方独立光子数快照重建的曲线。

$\kappa\tau\ \longrightarrow\quad g^{(2)}(\tau)$

重新制备，重复采集。

数出那些少见的双光子。

0 / 20000

每次重新制备受驱动稳态，再做理想腔内光子数读出。不代表连续光流、时间标记探测器或实时破坏性计数。罕见双光子需要很多次制备；没观察到不等于概率为零。

记录中多光子比例

\text{—}

95% Wilson 区间

\text{—}

模型多光子概率

\text{—}

稳态方程残差

\text{—}

欢迎单光子，双光子更少见。

金柱为记录的光子数频率，青线为求解的光子数分布，灰线为相同平均值的独立 Poisson 参考。所有计数都保留真空结果。纵轴采用平方根刻度突出罕见结果，刻度标注仍是概率。

最高光子数扇区

0

迹误差

0

最近 20 条记录 · 导出全部

试次	设置	光子数

模型、约定与来源

原子与裸腔共振，失谐为激光频率减共振频率。腔占据衰减率为一，原子占据衰减率为 0.4。求解器保留零到十一光子，从真空演化 48 个腔衰减时间，再计算 12 个时间单位的输出回归。不裁剪或事后归一化。

H/\hbar=-\Delta(a^\dagger a+\sigma_+\sigma_-)+g(a^\dagger\sigma_-+a\sigma_+)+\epsilon(a+a^\dagger)

\dot\rho=-i[H/\hbar,\rho]+\kappa\mathcal D[a]\rho+\gamma\mathcal D[\sigma_-]\rho

\mathcal D[L]\rho=L\rho L^\dagger-\tfrac12\{L^\dagger L,\rho\}

g^{(2)}(\tau)=\frac{\operatorname{Tr}[a^\dagger a\,e^{\mathcal L\tau}(a\rho_{\mathrm{ss}}a^\dagger)]}{\langle n\rangle_{\mathrm{ss}}^2}

单二能级原子、旋波近似、经典相干驱动、Markov 真空库。2005 年实验还有更多原子能级和两种偏振；此页展示理想 Jaynes–Cummings 机制，不拟合该装置。腔内等时统计与无其他输入的真空损耗端口正规序输出统计一致，但独立快照不测量时间关联。

先抓重点

核心问题: 进去一颗，下一颗就不再共振。
一句话直觉: 不等间隔的激发阶梯，让第二颗光子错过第一颗的共振。

核心数学模型

定量特征

g^{(2)}(0)=\frac{\langle n(n-1)\rangle}{\langle n\rangle^2}

分子计算有序光子对，不能用单次计数的平方替代。

常见难点

说清能量来源

容易误解原子是数小球的经典闸门。

正确理解相干耦合改变能谱，激发与损耗共同求解。

分清测量协议

容易误解显示的理论曲线已经是采集证据。

正确理解共振二能级原子与单腔模，求解零温 Lindblad 方程，以腔占据衰减率设定单位。理想独立腔内光子数读出不是透射光子的时间戳；条件输出关联是另列的模型预测。不含原子运动、多能级结构或装置标定。

动手实验

01
先预测对照
比较耦合原子与共振空腔。
应该观察到： 空腔回到 Poisson 统计，原子改变成对概率。
02
让效果失效
在单光子与双光子共振之间调频。
应该观察到： 平均输出很弱，也可能有很大的归一化成对关联。
03
采集并检查
采集、定格，改变一个参数后恢复，再导出每条 CSV 记录。
应该观察到： 金色数据只来自保存的模拟记录，青色曲线是模型参考。