論文の概要: Tunable Plasmonic Ultrastrong Coupling: Emulating Dicke Physics at Room Temperature

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.02494v2
• Date: Tue, 27 Sep 2022 04:22:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-19 07:24:11.671115
• Title: Tunable Plasmonic Ultrastrong Coupling: Emulating Dicke Physics at Room Temperature
• Title（参考訳）: 波長可変プラズモニック超強結合:室温でディッケ物理学をエミュレートする
• Authors: Riad Yahiaoui, Zizwe A. Chase, Chan Kyaw, Fuyang Tay, Andrey Baydin, G. Timothy Noe II, Junyeob Song, Junichiro Kono, Amit Agrawal, Motoaki Bamba, and Thomas A. Searles
• Abstract要約: フォトニック場と協調的に相互作用するN二層原子の系は、相互作用強度 N0.5 の場に結合した単一の巨大原子として記述することができる。 ここでは、標準的な光-物質相互作用のパラダイムを超えて結合を拡張し、N個のメタ原子を持つテラヘルツ準曲面におけるディックの協調性をエミュレートする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0283067658828193
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A system of N two-level atoms cooperatively interacting with a photonic field can be described as a single giant atom coupled to the field with interaction strength ~N^0.5. This enhancement, known as Dicke cooperativity in quantum optics, has recently become an indispensable element in quantum information technology based on strong light-matter coupling. Here, we extend the coupling beyond the standard light-matter interaction paradigm, emulating Dicke cooperativity in a terahertz metasurface with N meta-atoms. Cooperative enhancement manifested in the form of matter-matter coupling, through the hybridization of localized surface plasmon resonance in individual meta-atoms and surface lattice resonance due to the periodic array of the meta-atoms. By varying the lattice constant of the array, we observe a clear anticrossing behavior, a signature of strong coupling. Furthermore, through engineering of the capacitive split-gap in the meta-atoms, the coupling rate was cooperatively enhanced into the ultrastrong coupling regime by a factor of N^0.5. This room-temperature technology serves as a convenient quantum emulator of the dynamics of a qubit with a giant dipole moment coherently driven by a single bosonic field.
• Abstract（参考訳）: フォトニック場と協調的に相互作用するN二層原子の系は、相互作用強度~N^0.5の場に結合した単一の巨大原子として記述できる。 この強化は量子光学におけるディッケ・クーパーティビティとして知られるが、近年は強い光・物質結合に基づく量子情報技術において必須要素となっている。 ここでは、標準的な光-物質相互作用パラダイムを超えて結合を拡張し、N個のメタ原子を持つテラヘルツ準曲面におけるディックの協調性をエミュレートする。 物質-物質結合の形での協調的な増強は、個々のメタ原子における局在表面プラズモン共鳴と、メタ原子の周期配列による表面格子共鳴のハイブリッド化によって現れた。 配列の格子定数を変化させることで、強い結合のシグネチャである明確な反交差挙動を観察する。 さらに, メタ原子中での容量分割ギャップの工学的手法により, 結合速度をN^0.5で超強結合系に協調的に向上させた。 この室温技術は、単一のボソニック場によってコヒーレントに駆動される巨大な双極子モーメントを持つ量子ビットのダイナミクスの便利な量子エミュレータとして機能する。

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