論文の概要: Bright and Dark States of Light: The Quantum Origin of Classical Interference

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.05512v1
• Date: Fri, 10 Dec 2021 13:23:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 22:53:22.336827
• Title: Bright and Dark States of Light: The Quantum Origin of Classical Interference
• Title（参考訳）: 明るく暗い光の状態:古典的干渉の量子的起源
• Authors: Carlos E. M\'aximo, Paulo P. de Souza, Christopher Ianzano, Gerhard Rempe, Romain Bachelard, Celso J. Villas-Boas
• Abstract要約: 古典的干渉は、量子力学的に超放射と準放射のボゾン形式として解釈できることを示す。 我々は、量子ゲートを実装するために、ボソニックな明るい状態と暗い状態を用いる方法を示す。
• 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: According to classical theory, the combined effect of several electromagnetic fields is described under the generic term of interference, where intensity patterns with maxima and minima emerge over space. On the other hand, quantum theory asserts that considering only the expectation value of the total field is insufficient to describe light-matter coupling, and the most widespread explanation highlights the role of quantum fluctuations to obtain correct predictions. We here connect the two worlds by showing that classical interference can be quantum-mechanically interpreted as a bosonic form of super- and subradiance, giving rise to bright and dark states for light modes. We revisit the double-slit experiment and the Mach-Zehnder interferometer, reinterpreting their predictions in terms of collective states of the radiation field. We also demonstrate that quantum fluctuations are not the key ingredient in describing the light-matter quantum dynamics when several vacuum modes are involved. In light of our approach, the unambiguous criterion for the coupling to occur is the presence of non-dark states when decomposing the collective state of light. We discuss how the results here discussed could be verified in trapped ion systems or in cross-cavity setups. Finally, we show how the bosonic bright and dark states can be employed to implement quantum gates, which paves the way for the engineering of multimode schemes for universal quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 古典的理論によれば、いくつかの電磁場の複合効果は干渉の一般的な用語で説明され、そこでは最大と最小の強度パターンが空間上に現れる。 一方、量子論では、全場の期待値のみを考えると光と物質のカップリングを記述するのに不十分であり、最も広く説明されているのは、正確な予測を得るための量子揺らぎの役割である。 ここでは、古典的干渉が量子力学的に超音速と亜音速のボゾン形式として解釈できることを示し、光モードの明るさと暗黒状態を引き起こす。 我々は,二重スリット実験とマッハ・ゼーダー干渉計を再検討し,放射場の集合状態の観点からその予測を再解釈した。 また、いくつかの真空モードが関与している場合、量子揺らぎは光物質量子力学を記述する重要な要素ではないことを示した。 我々のアプローチに照らして、カップリングの曖昧な基準は、光の集合状態を分解する際に非暗黒状態の存在である。 ここでは, 捕捉されたイオン系やクロスキャビティ系において, 実験結果の検証方法について論じる。 最後に、量子ゲートを実装するために、ボーソニック・ライトとダークステートをどのように利用することができるかを示し、これは普遍量子コンピューティングのためのマルチモードスキームの工学的方法である。

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