論文の概要: Floquet analysis of extended Rabi models based on high-frequency expansion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.09751v2
• Date: Tue, 19 Jul 2022 09:52:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-24 10:04:28.307703
• Title: Floquet analysis of extended Rabi models based on high-frequency expansion
• Title（参考訳）: 高周波展開に基づく拡張ラビモデルのフロッケ解析
• Authors: Yibo Liu, Lijun Mao, and Yunbo Zhang
• Abstract要約: 我々は2種類の拡張量子ラビモデル、異方性ラビモデル、非対称ラビモデルを回転フレームに変換する。 異方性Rabiモデルの場合、準エネルギーは深い強結合状態にある回転波のカップリングであっても数値結果とよく一致する。 非対称ラビモデルでは、全励起数のパリティ対称性を破る外部バイアス場は、上下の枝を2つの束にまとめる傾向にある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.825076503537852
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The extended quantum Rabi models make a significant contribution to understand the quantum nature of the atom-light interaction. We transform two kinds of extended quantum Rabi model, anisotropic Rabi model and asymmetric Rabi model, into rotating frame, and regard them as periodically driven quantum systems. The analytical solutions of the quasi-energy spectrum as well as the Floquet modes for both models are constructed by applying the Floquet theory and the high-frequency expansion, which is applied to the non-stroboscopic dynamics of physical observables such as atomic inversion, transverse magnetization, atom-field correlation, etc. For anisotropic Rabi model, the quasi energy fits well with the numerical results even when the rotating-wave coupling is in the deep-strong coupling regime $g\simeq\hbar\omega$ if the counterrotating terms is small enough compared to the driving frequency. Avoided level crossing may occur for quasi energy with the same parity when the positive branch spectrum lines for the total excitation number $N$ cross the negative branch lines for $N+2$, while the high frequency expansion fails to predict this due to the conservation of the total excitation number. Furthermore, we present analytical and numerical study of the long-time evolution of population and figure out the analytical method is credible for the population dynamics. For asymmetric Rabi model, we find that the external bias field which breaks the parity symmetry of total excitation number tends to cluster the upper and lower branches into two bundles, and the detuning induced gap in the first temporal Brillouin zone shows a quadratic dependence on the bias. Both models prove that treating the Hamiltonian in the rotating frame by Floquet theory gives an alternative tool in the study of interaction between atom and light.
• Abstract（参考訳）: 拡張量子ラビモデルは、原子-光相互作用の量子的性質を理解するために重要な貢献をする。 我々は,2種類の拡張量子ラビモデル,異方性ラビモデル,非対称ラビモデルを回転フレームに変換し,周期的に駆動する量子システムとみなす。 準エネルギースペクトルおよび両方のモデルに対するフロケットモードの解析解は、Floquet理論と高周波展開を適用し、原子反転、横磁化、原子-磁場相関などの物理可観測物の非可観測動力学に適用することによって構成される。 異方性ラビモデルでは、逆回転項が駆動周波数に比べて十分に小さい場合、回転-波のカップリングが深い結合状態にあるときでも、準エネルギーは数値的な結果によく適合する。 合計励起数$N$の正の分岐スペクトル線が負の分岐線を$N+2$で横切るとき、準エネルギーに対して同じパリティの準エネルギーに対して回避レベルの交差が生じ、一方、高周波膨張は総励起数を保存するためにこれを予測できない。 さらに,個体群の長期進化に関する解析的および数値的研究を行い,その解析手法が個体群動態に有用であることを示す。 非対称ラビモデルの場合、全励振数のパリティ対称性を破る外部バイアス場は上下の枝を2つの束にまとめる傾向にあり、第1の時間的ブリルアンゾーンにおけるデチューニング誘起ギャップはバイアスに対する二次依存を示す。 どちらのモデルも、フロケ理論によって回転するフレームでハミルトニアンを扱い、原子と光の相互作用の研究において代替の道具となることを証明している。

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