論文の概要: Long-lived quantum coherent dynamics of a $\Lambda$-system driven by a
thermal environment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.07457v2
- Date: Fri, 14 Oct 2022 21:57:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-18 05:33:15.900545
- Title: Long-lived quantum coherent dynamics of a $\Lambda$-system driven by a
thermal environment
- Title（参考訳）: 熱環境によって駆動される$\Lambda$-systemの長寿命量子コヒーレントダイナミクス
- Authors: Suyesh Koyu and Timur V. Tscherbul
- Abstract要約: 熱環境によって駆動される3レベル$Lambda$系の量子コヒーレントダイナミクスに関する理論的研究を示す。
熱励起は原子と分子の基底状態の部分空間において実験的に観測可能な長寿命量子コヒーレントダイナミクスを生成することができることを示唆している。
- 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: We present a theoretical study of quantum coherent dynamics of a three-level
$\Lambda$ system driven by a thermal environment (such as blackbody radiation),
which serves as an essential building block of photosynthetic light-harvesting
models and quantum heat engines. By solving the nonsecular Bloch-Redfield
master equations, we obtain analytical results for the ground-state population
and coherence dynamics and classify the dynamical regimes of the incoherently
driven $\Lambda$-system as underdamped and overdamped depending on whether the
ratio $\Delta/[r f(p)]$ is greater or less than one, where $\Delta$ is the
ground-state energy splitting, $r$ is the incoherent pumping rate, and $f(p)$
is a function of the transition dipole alignment parameter $p$. In the
underdamped regime, we observe long-lived coherent dynamics that lasts for
$\tau_c\simeq 1/r$, even though the initial state of the $\Lambda$-system
contains no coherences in the energy basis. In the overdamped regime for $p =
1$, we observe the emergence of coherent quasi-steady states with the lifetime
$\tau_{c} = 1.34 (r/\Delta^{2})$, which have low von Neumann entropy compared
to the conventional thermal states. We propose an experimental scenario for
observing noise-induced coherent dynamics in metastable He$^*$ atoms driven by
x-polarized incoherent light. Our results suggest that thermal excitations can
generate experimentally observable long-lived quantum coherent dynamics in the
ground-state subspace of atomic and molecular $\Lambda$ systems in the absence
of coherent driving.
- Abstract（参考訳）: 熱環境(黒体放射など)によって駆動される3レベル$\Lambda$系の量子コヒーレントダイナミクスについて理論的研究を行い,光合成光ハーベスティングモデルと量子熱エンジンの重要な構成要素として機能する。
非secular Bloch-Redfieldマスター方程式を解くことにより、基底状態の集団とコヒーレンスダイナミクスの解析結果を取得し、非コヒーレントに駆動された$\Lambda$-systemの力学状態を、$\Delta/[r f(p)]$が1より大きいか小さいか、$\Delta$が基底状態のエネルギー分割であり、$r$が非コヒーレントなポンプングレートであり、$f(p)$が遷移双極子アライメントパラメータ$p$の関数であるかどうかによって、過度に破壊され、過度に破壊されるものとして分類する。
アンダーダム状態では、$\Lambda$-システムの初期状態はエネルギー基底にコヒーレンスを持たないにもかかわらず、$\tau_c\simeq 1/r$の長寿命コヒーレントダイナミクスを観測する。
p = 1$ の過度に破壊された状態において、従来の熱状態と比較してフォン・ノイマンエントロピーが低い寿命 $\tau_{c} = 1.34 (r/\Delta^{2})$ のコヒーレント準定常状態の出現を観察する。
準安定なHe$^*$原子における雑音誘起コヒーレントダイナミクスをX偏光不整合光で観測する実験シナリオを提案する。
以上の結果から,熱励起はコヒーレント駆動がなければ,原子および分子の基底状態部分空間における実験的に観測可能な長寿命量子コヒーレントダイナミクスを生成できることが示唆された。
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