論文の概要: Quantum simulation of weak-field light-matter interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.07177v2
• Date: Tue, 7 Feb 2023 20:01:08 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 14:31:37.553790
• Title: Quantum simulation of weak-field light-matter interactions
• Title（参考訳）: 弱場光-物質相互作用の量子シミュレーション
• Authors: Steve M. Young, Hartmut H\"affner, Mohan Sarovar
• Abstract要約: 光と物質の相互作用のシミュレーションは、材料の光学的および光電子的性質を理解するために重要である。 制御可能なボゾン自由度を持つプラットフォーム上での光-物質相互作用をシミュレーションするための量子シミュレーションフレームワークを開発した。
• 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: Simulation of the interaction of light with matter, including at the few-photon level, is important for understanding the optical and optoelectronic properties of materials, and for modeling next-generation non-linear spectroscopies that use entangled light. At the few-photon level the quantum properties of the electromagnetic field must be accounted for with a quantized treatment of the field, and then such simulations quickly become intractable, especially if the matter subsystem must be modeled with a large number of degrees of freedom, as can be required to accurately capture many-body effects and quantum noise sources. Motivated by this we develop a quantum simulation framework for simulating such light-matter interactions on platforms with controllable bosonic degrees of freedom, such as vibrational modes in the trapped ion platform. The key innovation in our work is a scheme for simulating interactions with a continuum field using only a few discrete bosonic modes, which is enabled by a Green's function (response function) formalism. We develop the simulation approach, sketch how the simulation can be performed using trapped ions, and then illustrate the method with numerical examples. Our work expands the reach of quantum simulation to important light-matter interaction models and illustrates the advantages of extracting dynamical quantities such as response functions from quantum simulations.
• Abstract（参考訳）: 光と物質との相互作用のシミュレーションは、材料の光学的および光電子的性質を理解し、絡み合った光を使用する次世代の非線形分光学をモデル化するために重要である。 数光子レベルでは、電磁場の量子特性は場の量子化処理によって説明されなければならず、そのようなシミュレーションはすぐに難解となり、特に物質サブシステムが多くの自由度でモデル化されなければならず、多体効果や量子ノイズ源を正確に捉える必要がある。 そこで我々は,イオンプラットフォーム内の振動モードなどの制御可能なボソニック自由度を持つプラットフォーム上での光・物質相互作用をシミュレーションする量子シミュレーションフレームワークを開発した。 我々の研究における重要な革新は、グリーン関数(応答関数)形式によって実現されるいくつかの離散ボソニックモードのみを用いて連続体との相互作用をシミュレートするスキームである。 シミュレーション手法を開発し, 捕捉イオンを用いてシミュレーションを行う方法をスケッチし, 数値例を用いてその方法を説明する。 我々の研究は、量子シミュレーションの到達範囲を重要な光-物質相互作用モデルに拡大し、量子シミュレーションから応答関数などの動的量の抽出の利点を示す。

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