論文の概要: Emergence of solitons from many-body photon bound states in quantum nonlinear media

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.00050v3
• Date: Sat, 9 Apr 2022 13:58:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-12 22:52:50.363632
• Title: Emergence of solitons from many-body photon bound states in quantum nonlinear media
• Title（参考訳）: 量子非線形媒体における多体光子結合状態からのソリトンの発生
• Authors: Giuseppe Calajo and Darrick E. Chang
• Abstract要約: ソリトンは、よく知られた自己誘起透明性の半古典的現象(SIT)を介して原子-光相互作用の文脈で起こることが知られている。 量子数光子境界状態は、異なる系で起こるユビキタス現象として知られている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solitons are known to occur in the context of atom-light interaction via the well-known semi-classical phenomenon of self-induced transparency (SIT). Separately, in the regime where both light and atoms are fully treated quantum mechanically, quantum few-photon bound states are known to be a ubiquitous phenomenon that arises in different systems such as atoms coupled to chiral or bidirectional waveguides, and in Rydberg atomic media. In the specific case of two-level atoms coupled to a chiral waveguide, a recent analysis based on Bethe ansatz has established that SIT emerges from the quantum realm as a superposition of quantum many-photon bound states. Beyond this case, however, the nature of any connection between the full quantum many-body regime and semi-classical behavior has not been established. Here, we employ a general spin-model formulation of quantum atom-light interfaces to numerically investigate this problem, taking advantage of the fact that this approach readily allows for powerful many-body simulations based on matrix product states (MPS). We first analytically derive the two-photon bound state dispersion relation for a variety of atom-light interfaces, and then proceed to numerically investigate the multi-excitation bound states dynamics. Interestingly, for all the specific systems studied, we find that the large-photon number limit always coincides with the soliton phenomenon of self-induced transparency or immediate generalizations thereof.
• Abstract（参考訳）: ソリトンは、自己誘導透過(sit)の有名な半古典現象を介して原子-光相互作用の文脈で起こることが知られている。 第二に、光と原子が完全に量子力学的に扱われる状態においては、量子数光子境界状態は、キラルまたは双方向の導波路に結合された原子や、リドベルクの原子媒体など、様々な系で起こるユビキタス現象として知られている。 カイラル導波路に結合した2レベル原子の特定の場合、ベーテ・アンサッツに基づく最近の分析により、SITは量子多光子境界状態の重ね合わせとして量子領域から現れることが判明した。 しかし、この場合以外にも、完全な量子多体状態と半古典的挙動の間の接続の性質は確立されていない。 本稿では, 量子原子-光界面の一般的なスピンモデル定式化を用いてこの問題を数値解析し, 行列積状態(MPS)に基づく強力な多体シミュレーションを可能にした。 まず、様々な原子-光界面の2光子結合状態分散関係を解析的に導出し、次に多重励起境界状態ダイナミクスを数値的に研究する。 興味深いことに、すべての特定の系について、大きな光子数制限は常に自己誘起透明性のソリトン現象やその即時一般化と一致することが分かる。

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