論文の概要: Modelling quantum light-matter interactions in waveguide-QED with retardation and a time-delayed feedback: matrix product states versus a space-discretized waveguide model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.12205v1
• Date: Tue, 24 Nov 2020 16:54:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-23 06:30:19.819335
• Title: Modelling quantum light-matter interactions in waveguide-QED with retardation and a time-delayed feedback: matrix product states versus a space-discretized waveguide model
• Title（参考訳）: 遅延と時間遅延を伴う導波路qedにおける量子光-物質相互作用のモデル化:行列積状態と空間離散導波路モデル
• Authors: Sofia Arranz Regidor, Gavin Crowder, Howard Carmichael and Stephen Hughes
• Abstract要約: 導波路QED系における非マルコフ量子光-マター相互作用をモデル化する2つの方法を提案する。 導波管QEDにおける3つの話題問題について,これらの手法を比較し比較する。 導波路QED相互作用のモデル化におけるこれらの手法の利点と欠点を強調した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present two different methods for modelling non-Markovian quantum light-matter interactions in waveguide QED systems, using matrix product states (MPSs) and a space-discretized waveguide (SDW) model. After describing the general theory and implementation of both approaches, we compare and contrast these methods directly on three topical problems of interest in waveguide-QED, including (i) a two-level system (TLS) coupled to an infinite (one-dimensional) waveguide, (ii) a TLS coupled to a terminated waveguide with a time-delayed coherent feedback, and (iii) two spatially separated TLSs coupled within an infinite waveguide. Both approaches are shown to efficiently model multi-photon nonlinear dynamics in highly non-Markovian regimes, and we highlight the advantages and disadvantages of these methods for modelling waveguide QED interactions, including their implementation in Python, computational run times, and ease of conceptual understanding. We explore both vacuum dynamics as well as regimes of strong optical pumping, where a weak excitation approximation cannot be applied. The MPS approach scales better when modelling multi-photon dynamics and long delay times, and explicitly includes non-Markovian memory effects. In contrast, the SDW model accounts for non-Markovian effects through space discretization, and solves Markovian equations of motion, yet rigorously includes the effects of retardation. The SDW model, based on an extension of recent collisional pictures in quantum optics, is solved through quantum trajectory techniques, and can more easily add in additional dissipation processes, including off-chip decay and TLS pure dephasing. The impact of these processes is shown directly on feedback-induced population trapping and TLS entanglement between spatially separated TLSs.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、行列積状態(MPS)と空間分散導波管モデル(SDW)を用いて、導波管QED系における非マルコフ量子光-マター相互作用をモデル化する2つの方法を提案する。 両手法の一般理論と実装について説明した後、導波路QEDを含む3つのトピックの問題を直接比較・対比する。 (i)無限(一次元)導波路に結合した2レベルシステム(TLS)。 (ii)時間遅延コヒーレントフィードバックによる終端導波路に結合したtls 3) 無限導波路内に結合した2つの空間分離TLS。 いずれの手法も,非マルコフ系において多光子非線形ダイナミクスを効率的にモデル化することが示されており,これらの手法の導波路qed相互作用のモデル化における利点と欠点を浮き彫りにして,pythonによる実装,計算実行時間,概念理解の容易さなどについて述べる。 我々は、弱い励起近似を適用できない強い光ポンピングの仕組みだけでなく、真空力学も探求する。 mpsアプローチは、多光子ダイナミックスと長い遅延時間のモデリングにおいてよりよくスケールし、明示的に非マルコフ的メモリ効果を含む。 対照的に、sdwモデルは空間の離散化による非マルコフ効果を考慮し、マルコフ運動方程式を解くが、遅延の効果は厳密に含む。 SDWモデルは、近年の量子光学における衝突画像の拡張に基づくもので、量子軌道法によって解決され、オフチップ崩壊やTLS純脱落など、より容易に散逸過程を追加することができる。 これらのプロセスは、空間的に分離されたTLS間のフィードバックによる集団トラップとTLSの絡み合いに直接影響する。

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