Abstract

Traditional Ramsey spectroscopy has the frequency resolution 2π/T, where T is the time separation between two light fields. Using squeezed states and two-atom excitation joint detection, we present a new scheme achieving a higher resolution, π/T. We use two-mode squeezed light, which exhibits strong entanglement.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Salour, Rev. Mod. Phys. 50, 667 (1978).
    [CrossRef]
  2. Ye. V. Baklanov, B. Ya. Dubetskii, and V. P. Chebotayev, Appl. Phys. 11, 201 (1976).
    [CrossRef]
  3. M. M. Salour and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Rev. Lett. 38, 757 (1977).
    [CrossRef]
  4. J. C. Bergquist, S. A. Lee, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 38, 159 (1977).
    [CrossRef]
  5. D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
    [CrossRef]
  6. D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
    [CrossRef]
  7. G. S. Agarwal and M. O. Scully, Phys. Rev. A 53, 467 (1996).
    [CrossRef]
  8. S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
    [CrossRef]
  9. T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
    [CrossRef]
  10. J. P. Dowling, Contemp. Phys. 49, 125 (2008).
    [CrossRef]
  11. C. C. Gerry, A. Benmoussaa, and R. A. Camposa, J. Mod. Opt. 54, 2177 (2007).
    [CrossRef]
  12. C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
    [CrossRef]
  13. G. S. Agarwal, Quantum Optics (Cambridge University, 2012), pp. 247–249.
  14. G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
    [CrossRef]
  15. F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
    [CrossRef]
  16. N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
    [CrossRef]
  17. G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
    [CrossRef]
  18. L. Mandel, Phys. Rev. A 28, 929 (1983).
    [CrossRef]
  19. N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
    [CrossRef]

2010

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

2008

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

J. P. Dowling, Contemp. Phys. 49, 125 (2008).
[CrossRef]

2007

C. C. Gerry, A. Benmoussaa, and R. A. Camposa, J. Mod. Opt. 54, 2177 (2007).
[CrossRef]

2005

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

2004

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

2002

G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
[CrossRef]

2001

G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
[CrossRef]

1996

G. S. Agarwal and M. O. Scully, Phys. Rev. A 53, 467 (1996).
[CrossRef]

1995

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

1992

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

1983

L. Mandel, Phys. Rev. A 28, 929 (1983).
[CrossRef]

1981

C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
[CrossRef]

1978

M. Salour, Rev. Mod. Phys. 50, 667 (1978).
[CrossRef]

1977

M. M. Salour and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Rev. Lett. 38, 757 (1977).
[CrossRef]

J. C. Bergquist, S. A. Lee, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 38, 159 (1977).
[CrossRef]

1976

Ye. V. Baklanov, B. Ya. Dubetskii, and V. P. Chebotayev, Appl. Phys. 11, 201 (1976).
[CrossRef]

Agarwal, G. S.

G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
[CrossRef]

G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
[CrossRef]

G. S. Agarwal and M. O. Scully, Phys. Rev. A 53, 467 (1996).
[CrossRef]

G. S. Agarwal, Quantum Optics (Cambridge University, 2012), pp. 247–249.

Baklanov, Ye. V.

Ye. V. Baklanov, B. Ya. Dubetskii, and V. P. Chebotayev, Appl. Phys. 11, 201 (1976).
[CrossRef]

Barrett, M. D.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Benmoussaa, A.

C. C. Gerry, A. Benmoussaa, and R. A. Camposa, J. Mod. Opt. 54, 2177 (2007).
[CrossRef]

Bentley, S. J.

G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
[CrossRef]

Bergquist, J. C.

J. C. Bergquist, S. A. Lee, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 38, 159 (1977).
[CrossRef]

Bollinger, J. J.

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

Boyd, R. W.

G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
[CrossRef]

Britton, J.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Cable, H.

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

Camposa, R. A.

C. C. Gerry, A. Benmoussaa, and R. A. Camposa, J. Mod. Opt. 54, 2177 (2007).
[CrossRef]

Caves, C. M.

C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
[CrossRef]

Chebotayev, V. P.

Ye. V. Baklanov, B. Ya. Dubetskii, and V. P. Chebotayev, Appl. Phys. 11, 201 (1976).
[CrossRef]

Chiaverini, J.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Clairon, A.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

Cohen-Tannoudji, C.

M. M. Salour and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Rev. Lett. 38, 757 (1977).
[CrossRef]

de Clercq, E.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

de Martini, F.

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

Dimarcq, N.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

Dowling, J. P.

J. P. Dowling, Contemp. Phys. 49, 125 (2008).
[CrossRef]

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

Dubetskii, B. Ya.

Ye. V. Baklanov, B. Ya. Dubetskii, and V. P. Chebotayev, Appl. Phys. 11, 201 (1976).
[CrossRef]

Edamatsu, K.

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

Eikema, K. S. E.

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

Fujii, G.

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Fukuda, D.

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Georgiades, N. Ph.

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

Gerry, C. C.

C. C. Gerry, A. Benmoussaa, and R. A. Camposa, J. Mod. Opt. 54, 2177 (2007).
[CrossRef]

Glasser, R.

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

Guerandel, S.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

Hall, J. L.

J. C. Bergquist, S. A. Lee, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 38, 159 (1977).
[CrossRef]

Heinzen, D. J.

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

Hogervorst, W.

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

Holleville, D.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

Inoue, S.

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Itano, W. M.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

Jost, J. D.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Kimble, H. J.

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

Kurimura, S.

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Langer, C.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Lee, S. A.

J. C. Bergquist, S. A. Lee, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 38, 159 (1977).
[CrossRef]

Leibfried, D.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Mandel, L.

L. Mandel, Phys. Rev. A 28, 929 (1983).
[CrossRef]

Moore, F. L.

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

Nagasako, E. M.

G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
[CrossRef]

Namekata, N.

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Parkins, A. S.

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

Polzik, E. S.

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

Salour, M.

M. Salour, Rev. Mod. Phys. 50, 667 (1978).
[CrossRef]

Salour, M. M.

M. M. Salour and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Rev. Lett. 38, 757 (1977).
[CrossRef]

Schaetz, T.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Sciarrino, F.

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

Scully, M. O.

G. S. Agarwal and M. O. Scully, Phys. Rev. A 53, 467 (1996).
[CrossRef]

Skornia, C.

G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
[CrossRef]

Takahashi, Y.

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Tremine, S.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

Ubachs, W.

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

Vitelli, C.

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

von Zanthier, J.

G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
[CrossRef]

Walther, H.

G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
[CrossRef]

Wineland, D. J.

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

Witte, S.

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

Zanon, T.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

Zinkstok, R. T.

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys.

Ye. V. Baklanov, B. Ya. Dubetskii, and V. P. Chebotayev, Appl. Phys. 11, 201 (1976).
[CrossRef]

Contemp. Phys.

J. P. Dowling, Contemp. Phys. 49, 125 (2008).
[CrossRef]

IEEE Trans. Instrum. Meas.

T. Zanon, S. Tremine, S. Guerandel, E. de Clercq, D. Holleville, N. Dimarcq, and A. Clairon, IEEE Trans. Instrum. Meas. 54, 776 (2005).
[CrossRef]

J. Mod. Opt.

C. C. Gerry, A. Benmoussaa, and R. A. Camposa, J. Mod. Opt. 54, 2177 (2007).
[CrossRef]

Nat. Photonics

N. Namekata, Y. Takahashi, G. Fujii, D. Fukuda, S. Kurimura, and S. Inoue, Nat. Photonics 4, 655 (2010).
[CrossRef]

Phys. Rev. A

G. S. Agarwal, J. von Zanthier, C. Skornia, and H. Walther, Phys. Rev. A 65, 053826 (2002).
[CrossRef]

L. Mandel, Phys. Rev. A 28, 929 (1983).
[CrossRef]

G. S. Agarwal and M. O. Scully, Phys. Rev. A 53, 467 (1996).
[CrossRef]

D. J. Wineland, J. J. Bollinger, W. M. Itano, F. L. Moore, and D. J. Heinzen, Phys. Rev. A 46, R6797 (1992).
[CrossRef]

F. Sciarrino, C. Vitelli, F. de Martini, R. Glasser, H. Cable, and J. P. Dowling, Phys. Rev. A 77, 012324 (2008).
[CrossRef]

Phys. Rev. D

C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

N. Ph. Georgiades, E. S. Polzik, K. Edamatsu, H. J. Kimble, and A. S. Parkins, Phys. Rev. Lett. 75, 3426 (1995).
[CrossRef]

M. M. Salour and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Rev. Lett. 38, 757 (1977).
[CrossRef]

J. C. Bergquist, S. A. Lee, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 38, 159 (1977).
[CrossRef]

G. S. Agarwal, R. W. Boyd, E. M. Nagasako, and S. J. Bentley, Phys. Rev. Lett. 86, 1389 (2001).
[CrossRef]

Rev. Mod. Phys.

M. Salour, Rev. Mod. Phys. 50, 667 (1978).
[CrossRef]

Science

S. Witte, R. T. Zinkstok, W. Ubachs, W. Hogervorst, and K. S. E. Eikema, Science 307, 400 (2005).
[CrossRef]

D. Leibfried, M. D. Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, C. Langer, and D. J. Wineland, Science 304, 1476 (2004).
[CrossRef]

Other

G. S. Agarwal, Quantum Optics (Cambridge University, 2012), pp. 247–249.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of the experimental setup for the Ramsey spectroscopy using squeezed light excitation.

Fig. 2.
Fig. 2.

Interference fringes in two-atom excitation joint detection: solid curve is the squeezed light excitation with r=0.3 and T=4τ; dashed curve is the coherent state excitation. The dotted curve denotes pee for single-zone coherent excitation probability. All of the plots are normalized to their maximum values.

Fig. 3.
Fig. 3.

Contrast of the visibility of the interference fringes in the two-atom excitation counts variation with the squeezing parameter r.

Equations (5)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

|φ(0)=exp[12(ξa22ξ*a22)]|0exp[12(ξb22ξ*b22)]|0.
H1(t)=i(giSia2eiΔt+h.c.)θ(τt)+i(giSib2eiΔt+h.c.)θ(tTτ)θ(T+2τt).
|ψ(t)|gi,gj|φ(0)if(τ)g(a2+b2eiΔT)[|ei,gj|φ(0)+|gi,ej|φ(0)]+[if(τ)g(a2+b2eiΔT)]2|ei,ej|φ(0),
pe=Trfieldei,gj|ψ(t)ψ(t)|ei,gj=p˜e(a2+b2eiΔT)(a2+b2eiΔT)=2p˜esinh2r,
pee=Trfieldei,ej|ψ(t)ψ(t)|ei,ej=p˜e2(a2+b2eiΔT)2(a2+b2eiΔT)2=p˜e2[12sinh22rcos(2ΔT)+8sinh4r+12sinh22r]=p˜e2[1+Vcos(2ΔT)](8sinh4r+12sinh22r).

Metrics