論文の概要: Efficient simulation of ultrafast quantum nonlinear optics with matrix product states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.05902v1
• Date: Thu, 11 Feb 2021 09:15:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-11 12:11:00.082331
• Title: Efficient simulation of ultrafast quantum nonlinear optics with matrix product states
• Title（参考訳）: 行列積状態を持つ超高速量子非線形光学の効率的なシミュレーション
• Authors: Ryotatsu Yanagimoto, Edwin Ng, Logan G. Wright, Tatsuhiro Onodera, Hideo Mabuchi
• Abstract要約: 我々はMPS量子状態を構成時空間のスーパーモデムに解き放つアルゴリズムを開発した。 我々は、ソリトニックモードにおける非古典的なウィグナー関数の負性性の発達と、パルスの半古典力学に対する量子補正を観察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Ultra-short pulses propagating in nonlinear nanophotonic waveguides can simultaneously leverage both temporal and spatial field confinement, promising a route towards single-photon nonlinearities in an all-photonic platform. In this multimode quantum regime, however, faithful numerical simulations of pulse dynamics na\"ively require a representation of the state in an exponentially large Hilbert space. Here, we employ a time-domain, matrix product state (MPS) representation to enable efficient simulations by exploiting the entanglement structure of the system. In order to extract physical insight from these simulations, we develop an algorithm to unravel the MPS quantum state into constituent temporal supermodes, enabling, e.g., access to the phase-space portraits of arbitrary pulse waveforms. As a demonstration, we perform exact numerical simulations of a Kerr soliton in the quantum regime. We observe the development of non-classical Wigner-function negativity in the solitonic mode as well as quantum corrections to the semiclassical dynamics of the pulse. A similar analysis of $\chi^{(2)}$ simultons reveals a unique entanglement structure between the fundamental and second harmonic. Our approach is also readily compatible with quantum trajectory theory, allowing full quantum treatment of propagation loss and decoherence. We expect this work to establish the MPS technique as part of a unified engineering framework for the emerging field of broadband quantum photonics.
• Abstract（参考訳）: 非線形ナノフォトニック導波路で伝播する超短パルスは、時間的および空間的磁場閉じ込めの両方を同時に利用でき、全フォトニックプラットフォームにおける単光子非線形性への道のりを約束する。 しかし、このマルチモード量子状態において、パルスダイナミクスの忠実な数値シミュレーションは指数関数的に大きいヒルベルト空間における状態の表現を必要とする。 ここでは,時間領域行列積状態(mps)表現を用いて,システムの絡み合い構造を利用して効率的なシミュレーションを行う。 これらのシミュレーションから物理的洞察を抽出するために、mps量子状態を構成時相スーパーモードに解き放ち、例えば任意のパルス波形の位相空間ポートレートへのアクセスを可能にするアルゴリズムを開発した。 実演として、量子状態におけるケーラーソリトンの正確な数値シミュレーションを行う。 我々は、ソリトニックモードにおける非古典的ウィグナー関数ネガティビティの発達とパルスの半古典的ダイナミクスに対する量子補正を観察する。 同様の解析により、$\chi^{(2)}$ simultons は基本と第二高調の間の一意な絡み合い構造を示す。 このアプローチは量子軌道理論とも容易に対応でき、伝播損失とデコヒーレンスを完全に量子的に扱うことができる。 本研究は,広帯域量子フォトニクスの新興分野のための統一エンジニアリングフレームワークの一部として,MPS技術を確立することを期待する。

関連論文リスト

• Floquet Engineering and Harnessing Giant Atoms in Frequency-Comb Emission and Bichromatic Correlations in Waveguide QED [9.566181461213207]
  我々は動的に変調された量子ビットアレイを考察し、周波数制御された単一光子放射を実現する。 また、周波数フィルタ量子相関におけるパリティ依存的な束縛と反バンチングも提供する。 この研究は、集合放出の分野を根本的に拡張し、周波数符号化された量子情報処理の実装に広く応用されている。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-02-14T04:18:54Z)
• Nonlinear dynamical Casimir effect and Unruh entanglement in waveguide QED with parametrically modulated coupling [83.88591755871734]
  理論的には、1次元導波路に対して動く2レベル量子ビットの配列について検討する。 この運動の周波数が2倍のクビット共鳴周波数に近づくと、光子のパラメトリック生成と量子ビットの励起を誘導する。 我々は、摂動図式技術と厳密なマスター方程式アプローチの両方を取り入れた包括的一般理論フレームワークを開発する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-08-30T15:54:33Z)
• Beyond-adiabatic Quantum Admittance of a Semiconductor Quantum Dot at High Frequencies: Rethinking Reflectometry as Polaron Dynamics [0.0]
  我々は、電荷貯水池に結合した量子ドットトンネルのアプタンスを得るために、自己整合量子マスター方程式の定式化を開発する。 本報告では,QD状態のドレッシングによって決定されるFloquet wideeningと,光子損失によって決定されるFloquet wideeningの2つについて述べる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-07-31T14:46:43Z)
• Quantum noise dynamics in nonlinear pulse propagation [0.0]
  超高速システムにおける量子ノイズダイナミクスとマルチモードエンタングルメントを数値的に研究する。 本モデルは平均場と量子相関の両方において非線形ダイナミクスを示すことを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-07-11T17:50:33Z)
• Quantum emulation of the transient dynamics in the multistate Landau-Zener model [50.591267188664666]
  本研究では,Landau-Zenerモデルにおける過渡ダイナミクスを,Landau-Zener速度の関数として検討する。 我々の実験は、工学的なボソニックモードスペクトルに結合した量子ビットを用いたより複雑なシミュレーションの道を開いた。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-11-26T15:04:11Z)
• Ultra-long photonic quantum walks via spin-orbit metasurfaces [52.77024349608834]
  数百光モードの超長光子量子ウォークについて報告する。 このセットアップでは、最先端の実験をはるかに超えて、最大320の離散的なステップで量子ウォークを設計しました。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-03-28T19:37:08Z)
• Classical-to-quantum transition in multimode nonlinear systems with strong photon-photon coupling [12.067269037074292]
  量子クラスター膨張法によるフォトニック非線形系の古典-量子遷移について検討する。 この研究は、マルチモードシステムの量子力学を研究し、連続可変量子情報処理のための非線形フォトニックデバイスを探索するための普遍的なツールを提供する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-11-18T07:26:57Z)
• Heisenberg treatment of multiphoton pulses in waveguide QED with time-delayed feedback [62.997667081978825]
  我々は、多重時間相関を単一時間行列要素に分解するために、ヒルベルト空間における状態の完全な集合への射影を提案する。 半無限導波路に結合し、量子光パルスと相互作用する2レベル系のパラダイム的な例を考える。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-11-04T12:29:25Z)
• Visualizing spinon Fermi surfaces with time-dependent spectroscopy [62.997667081978825]
  固体系において確立されたツールである時間依存性光電子分光法を低温原子量子シミュレーターに応用することを提案する。 1次元の$t-J$モデルの正確な対角化シミュレーションで、スピノンが非占有状態の効率的なバンド構造に出現し始めることを示す。 ポンプパルス後のスペクトル関数の依存性はスピノン間の集団的相互作用を明らかにする。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-05-27T18:00:02Z)
• Waveguide quantum optomechanics: parity-time phase transitions in ultrastrong coupling regime [125.99533416395765]
  2つの量子ビットの最も単純なセットアップは、光導波路に調和して閉じ込められ、量子光学相互作用の超強結合状態を可能にする。 系の固有の開性と強い光学的結合の組み合わせは、パリティ時(PT)対称性の出現につながる。 $mathcalPT$相転移は、最先端の導波路QEDセットアップで観測可能な長生きのサブラジアント状態を駆動する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-07-04T11:02:20Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。