量子物理学：二準位系からの直交位相振幅スクイーズド光子

共鳴蛍光は、光場と二準位系の相互作用から生じ、量子光学の開発とその応用で基本的な役割を果たしてきた。共鳴蛍光は概念的に簡単であるにもかかわらず、これに伴って、Mollow三重項発光スペクトル、光子アンチバンチング、コヒーレントな光子放出などさまざまな興味深い現象が起こる。自由空間の原子から放出される単一光子流における量子ゆらぎの減少という形でのスクイージングは、共鳴蛍光の基本的な側面の1つで、30年以上前に予言された。しかし、弱励起領域で作動する必要があり、これに原子の中程度の振動子強度と低い収集効率が組み合わさるため、原子によるスクイージングの観測には、厳しい実験条件がいまだに必要である。このような問題を解決する試みは、原子集団による前方誘導散乱か光共振器内での多光子遷移のいずれかが原因で、アンチバンチングを犠牲にしなければならなかった。本研究では、自然原子の場合より光子検出率を100倍改善できる大きな光双極子を持つ人工原子を使って、単一共鳴蛍光光子の直交位相振幅スクイージングを観測する必要条件に到達した。我々は、位相に依存するホモダイン強度相関検出を行って、共鳴蛍光の電場直交位相振幅の分散は真空ゆらぎで決まる基本限界より3％低く、光子統計はアンチバンチされたままであることを実証した。スクイージングとアンチバンチングが同時に存在することは、光子の波動–粒子二重性を示す完全に非古典的な結果である。

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