論文の概要: Many Electrons and the Photon Field -- The many-body structure of
nonrelativistic quantum electrodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.11624v1
- Date: Tue, 23 Feb 2021 11:00:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-10 03:45:12.340593
- Title: Many Electrons and the Photon Field -- The many-body structure of
nonrelativistic quantum electrodynamics
- Title（参考訳）: 多くの電子と光子場 --非相対論的量子電磁力学の多体構造
- Authors: Florian Buchholz
- Abstract要約: 本稿では,電子構造法を弱い状態から強い結合状態へ正確な分極構造法に変換する方法について述べる。
電子構造法の標準アルゴリズムを新しいハイブリッドFermi-Bose統計に適合させる方法について論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Recent experimental progress in the field of cavity quantum electrodynamics
allows to study the regime of strong interaction between quantized light and
complex matter systems. Due to the coherent coupling between photons and
matter-degrees of freedom, polaritons -- hybrid light-matter quasiparticles --
emerge, which can significantly influence matter properties and complex
processes such as chemical reactions (strong coupling). In this thesis we
propose a way to overcome these problems by reformulating the coupled
electron-photon problem in an exact way in a different, purpose-build Hilbert
space, where no longer electrons and photons are the basic physical entities
but the polaritons. Representing an N-electron-M-mode system by an N-polariton
wave function with hybrid Fermi-Bose statistics, we show explicitly how to turn
electronic-structure methods into polaritonic-structure methods that are
accurate from the weak to the strong-coupling regime. We elucidate this
paradigmatic shift by a comprehensive review of light-matter coupling, as well
as by highlighting the connection between different electronic-structure
methods and quantum-optical models. This extensive discussion accentuates that
the polariton description is not only a mathematical trick, but it is grounded
in a simple and intuitive physical argument: when the excitations of a system
are hybrid entities a formulation of the theory in terms of these new entities
is natural. Finally, we discuss in great detail how to adopt standard
algorithms of electronic-structure methods to adhere to the new hybrid
Fermi-Bose statistics. Guaranteeing the corresponding nonlinear inequality
constraints in practice requires a careful development, implementation and
validation of numerical algorithms. This extra numerical complexity is the
price we pay for making the coupled matter-photon problem feasible for
first-principle methods.
- Abstract（参考訳）: キャビティ量子力学の分野における最近の実験的進歩は、量子化された光と複雑な物質系の強い相互作用の機構を研究することができる。
光子と物質自由度の間のコヒーレントな結合のため、ポラリトン -- ハイブリッド光マッター準粒子 -- は物質の性質や化学反応(強結合)のような複雑な過程に大きな影響を与える可能性がある。
この論文では、電子と光子がもはや基本的な物理的実体ではなく偏光子であるヒルベルト空間において、結合された電子-光子問題を正確に再構成することで、これらの問題を克服する方法を提案する。
N-ポラリトン波動関数とハイブリッドフェルミ・ボース統計関数を用いてN-電子-Mモード系を表現し、電子構造法を弱い状態から強い結合状態へ正確な分極構造法に変換する方法を明確に示す。
我々は,光・物質結合の包括的レビューと,異なる電子構造法と量子光学モデルとの接続を強調することで,このパラダイムシフトを解明する。
この広範な議論は、ポラリトンの記述が数学的トリックであるだけでなく、単純で直感的な物理的議論にも根ざしている: システムの励起がハイブリッドエンティティであるとき、これらの新しい実体の観点で理論の定式化は自然である。
最後に、電子構造手法の標準アルゴリズムを新しいハイブリッドFermi-Bose統計に適合させる方法について、詳細に検討する。
実際に対応する非線形不等式制約を保証するには、数値アルゴリズムの開発、実装、検証が必要である。
この余分な数値的複雑さは、第一原理法で結合された物質-光子問題を実現するための費用である。
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