Fugu-MT 論文翻訳(概要): Liouvillian spectral collapse in the Scully-Lamb laser model

論文の概要: Liouvillian spectral collapse in the Scully-Lamb laser model

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.05625v3
Date: Sun, 16 Jan 2022 15:31:29 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-04-08 15:53:13.497848
Title: Liouvillian spectral collapse in the Scully-Lamb laser model
Title（参考訳）: Scully-LambレーザーモデルにおけるLiouvillianスペクトル崩壊
Authors: Fabrizio Minganti, Ievgen I. Arkhipov, Adam Miranowicz, Franco Nori
Abstract要約: 熱システムの相転移とレーザー閾値は、40年以上前に初めて接続された。レーザーの非平衡性にもかかわらず、熱相転移のランダウ理論はScully-Lamb Laser Model(SLLM)に直接適用された。我々は、SLLMの真の非平衡相転移を捉えるために、散逸相転移の量子理論を用いる。もっとも驚くべきことに、相転移はSSBを使わずとも動的マルチスタビリティの出現に対応する。
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: Phase transitions of thermal systems and the laser threshold were first connected more than forty years ago. Despite the nonequilibrium nature of the laser, the Landau theory of thermal phase transitions, applied directly to the Scully-Lamb laser model (SLLM), indicates that the laser threshold is a second-order phase transition, associated with a $U(1)$ spontaneous symmetry breaking (SSB). To capture the genuine nonequilibrium phase transition of the SLLM (i.e., a single-mode laser without a saturable absorber), here we employ a quantum theory of dissipative phase transitions. Our results confirm that the $U(1)$ SSB can occur at the lasing threshold but, in contrast to the Landau theory and semiclassical approximation, they signal that the SLLM "fundamental" transition is a different phenomenon, which we call Liouvillian spectral collapse; that is, the emergence of diabolic points of infinite degeneracy. By considering a generalized SLLM with additional dephasing, we witness a second-order phase transition, with a Liouvillian spectral collapse, but in the absence of symmetry breaking. Most surprisingly, the phase transition corresponds to the emergence of dynamical multistability even without SSB. Normally, bistability is suppressed by quantum fluctuations, while in this case, the very presence of quantum fluctuations enables bistability. This rather anomalous bistability, characterizing the truly dissipative and quantum origin of lasing, can be an experimental signature of our predictions, and we show that it is associated with an emergent dynamical hysteresis.
Abstract（参考訳）: 熱システムの相転移とレーザー閾値は、40年以上前に初めて接続された。レーザーの非平衡性にもかかわらず、Scully-Lambレーザーモデル(SLLM)に直接適用された熱相転移のランダウ理論は、レーザー閾値が$U(1)$自然対称性の破れ(SSB)に関連する2階相転移であることを示している。 sllmの真の非平衡相転移(すなわち、飽和吸収器を持たない単一モードレーザー)を捉えるために、ここでは散逸相転移の量子理論を用いる。以上の結果から,Landau理論や半古典的近似とは対照的に,SLLMの「基礎的」遷移は,Louvilianスペクトル崩壊と呼ばれる別の現象であり,無限縮退のダイアボリック点の出現を示唆する。さらなる強調を加えた一般化SLLMを考えることで、リウヴィリアのスペクトル崩壊を伴う二階相転移を目撃するが、対称性の破れがない。もっとも驚くべきことに、相転移はSSBなしでも動的多重性の出現に対応する。通常、ビスタビリティは量子揺らぎによって抑制されるが、この場合、量子揺らぎの存在はビスタビリティを可能にする。この比較的異常な不安定性は、レイシングの真に散逸的かつ量子的起源を特徴付けるものであり、我々の予測の実験的署名であり、創発的な動的ヒステリシスと関連していることを示す。

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