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Light statistics from large ensembles of independent two-level emitters: Classical and nonclassical effects

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Autor(es):
Bojer, M. ; Cidrim, A. ; Abrantes, P. P. ; Bachelard, R. ; von Zanthier, J.
Número total de Autores: 5
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: PHYSICAL REVIEW A; v. 112, n. 6, p. 7-pg., 2025-12-04.
Resumo

We investigate the photon statistics of an ensemble of coherently driven noninteracting two-level atoms in the weak driving regime. As it turns out, the system displays unique emission characteristics that are strongly in contrast to the emission of classical oscillating dipoles. By deriving the second-order autocorrelation function, we show that extraordinary two-photon correlations are obtained, ranging from strong antibunching to superbunching. These features are enhanced by disorder in the emitter positions, and the control parameter is the number of excitations in the system. We observe the appearance of bunching and antibunching when the light is scattered by the atoms predominantly coherently, i.e., mimicking classical Rayleigh scattering, whereas thermal photon statistics is obtained when the light is scattered via spontaneous decay, a well-known quantum effect. The underlying mechanism is the interplay between coherent scattering, which exhibits spatial fluctuations due to interference, and dissipation in the form of isotropic spontaneous decay. (AU)

Processo FAPESP: 22/00209-6 - Tecnologias quânticas de segunda geração
Beneficiário:Celso Jorge Villas-Bôas
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 23/07100-2 - Estatísticas da luz e interferência para emissores de dois níveis
Beneficiário:Romain Pierre Marcel Bachelard
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 23/03300-7 - Localização de luz: Anderson e além
Beneficiário:Romain Pierre Marcel Bachelard
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 23/07463-8 - Controle quântico de íons de Rydberg aprisionados
Beneficiário:André Cidrim Santos
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Projeto Geração
Processo FAPESP: 22/06449-9 - Controle quântico de íons de Rydberg aprisionados
Beneficiário:André Cidrim Santos
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Geração
Processo FAPESP: 21/04861-7 - Interações fotônicas não-lineares mediadas por átomos
Beneficiário:Patrícia Pinto Abrantes
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado