論文の概要: Revealing higher-order light and matter energy exchanges using quantum
trajectories in ultrastrong coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.08759v1
- Date: Mon, 19 Jul 2021 11:22:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-21 21:18:10.620247
- Title: Revealing higher-order light and matter energy exchanges using quantum
trajectories in ultrastrong coupling
- Title（参考訳）: 超強カップリングにおける量子軌道を用いた高次光・物質エネルギー交換の解明
- Authors: V. Macr\`i, F. Minganti, A. F. Kockum, A. Ridolfo, S. Savasta and F.
Nori
- Abstract要約: 量子軌道の定式化を超強結合を持つ開量子系に拡張する。
我々は、選択された無声化(すなわち、システムの出力場の収集方法)が量子軌道に与える影響を分析する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The dynamics of open quantum systems is often modelled using master
equations, which describe the expected outcome of an experiment (i.e., the
average over many realizations of the same dynamics). Quantum trajectories,
instead, model the outcome of ideal single experiments -- the ``clicks'' of a
perfect detector due to, e.g., spontaneous emission. The correct description of
quantum jumps, which are related to random events characterizing a sudden
change in the wave function of an open quantum system, is pivotal to the
definition of quantum trajectories. In this article, we extend the formalism of
quantum trajectories to open quantum systems with ultrastrong coupling (USC)
between light and matter by properly defining jump operators in this regime. In
such systems, exotic higher-order quantum-state- and energy-transfer can take
place without conserving the total number of excitations in the system. The
emitted field of such USC systems bears signatures of these higher-order
processes, and significantly differs from similar processes at lower coupling
strengths. Notably, the emission statistics must be taken at a single quantum
trajectory level, since the signatures of these processes are washed out by the
``averaging'' of a master equation. We analyze the impact of the chosen
unravelling (i.e., how one collects the output field of the system) for the
quantum trajectories and show that these effects of the higher-order USC
processes can be revealed in experiments by constructing histograms of detected
quantum jumps. We illustrate these ideas by analyzing the excitation of two
atoms by a single photon~[Garziano et al., Phys. Rev. Lett.117, 043601 (2016)].
For example, quantum trajectories reveal that keeping track of the quantum
jumps from the atoms allow to reconstruct both the oscillations between one
photon and two atoms, as well as emerging Rabi oscillations between the two
atoms.
- Abstract（参考訳）: 開量子系の力学は、しばしばマスター方程式を用いてモデル化され、実験の期待される結果(すなわち、同じ力学の多くの実現平均)が記述される。
量子軌道は、代わりに理想的な単一実験の結果をモデル化する -- 例えば自発的放出による完全な検出器の``clicks''。
量子ジャンプの正しい記述は、オープン量子システムの波動関数の突然の変化を特徴付けるランダムな事象と関係しており、量子軌道の定義にとって重要である。
本稿では,量子軌道の定式化を光と物質間の超強結合(USC)を持つオープン量子系に拡張し,この状態下でのジャンプ演算子を適切に定義する。
このような系では、エキゾチックな高次量子状態とエネルギー移動は系内の励起の総数を保存することなく起こる。
このようなUSC系の放出場はこれらの高次過程の符号を持ち、結合強度の低い類似プロセスとは大きく異なる。
特に、放出統計は、マスター方程式の ‘averaging'' によって、これらのプロセスのシグネチャが洗い流されるため、単一の量子軌道レベルで取り出さなければならない。
本研究では, 量子軌道に対する選択アンラベリング(すなわち, システムの出力場の収集方法)の影響を分析し, 検出された量子ジャンプのヒストグラムを構築することにより, 高次uscプロセスの効果を実験で明らかにできることを示す。
一つの光子で2つの原子の励起を分析することで、これらのアイデアを説明する。[garziano et al., phys. rev. lett.117, 043601 (2016)]
例えば、量子軌道は、量子ジャンプを原子から追跡することで、1つの光子と2つの原子の間の振動と、2つの原子間のラビ振動の両方を再構成することができる。
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