論文の概要: Down-conversion of a single photon as a probe of many-body localization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.17186v1
- Date: Thu, 31 Mar 2022 17:11:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-20 04:53:42.925587
- Title: Down-conversion of a single photon as a probe of many-body localization
- Title（参考訳）: 多体局在プローブとしての単一光子のダウンコンバージョン
- Authors: Nitish Mehta, Roman Kuzmin, Cristiano Ciuti, Vladimir E. Manucharyan
- Abstract要約: 非線形媒質では、単一の光子でさえ、同じ全エネルギーの低周波光子へのダウンコンバージョン(スプリッティング)によって崩壊する。
この場合、光子の運命は多体局在(MBL)の長年の問題となる。
その結果、多くの原子や量子ビットを制御せずに、MBLの基礎を探索する新しいプラットフォームが導入された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Decay of a particle into more particles is a ubiquitous phenomenon to
interacting quantum systems, taking place in colliders, nuclear reactors, or
solids. In a non-linear medium, even a single photon would decay by
down-converting (splitting) into lower frequency photons with the same total
energy, at a rate given by Fermi's Golden Rule. However, the energy
conservation condition cannot be matched precisely if the medium is finite and
only supports quantized modes. In this case, the photon's fate becomes the
long-standing question of many-body localization (MBL), originally formulated
as a gedanken experiment for the lifetime of a single Fermi-liquid
quasiparticle confined to a quantum dot. Here we implement such an experiment
using a superconducting multi-mode cavity, the non-linearity of which was
tailored to strongly violate the photon number conservation. The resulting
interaction attempts to convert a single photon excitation into a shower of
low-energy photons, but fails due to the MBL mechanism, which manifests as a
striking spectral fine structure of multi-particle resonances at the cavity's
standing wave mode frequencies. Each resonance was identified as a many-body
state of radiation composed of photons from a broad frequency range, and not
obeying the Fermi's Golden Rule theory. Our result introduces a new platform to
explore fundamentals of MBL without having to control many atoms or qubits.
- Abstract（参考訳）: 粒子をより多くの粒子に分解することは、衝突器、原子炉、固体で発生する相互作用量子系において普遍的な現象である。
非線形媒質では、単一光子でさえ、フェルミの黄金律によって与えられる速度で、同じ総エネルギーを持つ低周波光子にダウン変換(分裂)することで崩壊する。
しかし、媒体が有限で量子化モードのみをサポートする場合、エネルギー保存条件は正確に一致しない。
この場合、光子の運命は、もともと量子ドットに閉じ込められた1つのフェルミ液準粒子の寿命のゲダンケン実験として定式化された多体局在(MBL)の長年の疑問となる。
ここでは、超伝導多モードキャビティを用いた実験を行い、非線形性は光子数保存に強く違反するように調整した。
その結果生じる相互作用は、単一光子励起を低エネルギー光子のシャワーに変換するが、キャビティの定在波モード周波数における多粒子共鳴のスペクトル微細構造として表されるmbl機構のために失敗する。
それぞれの共鳴は広い周波数範囲の光子からなる多体放射状態として同定され、フェルミの黄金規則理論に従わなかった。
その結果、多くの原子や量子ビットを制御せずにMBLの基礎を探索する新しいプラットフォームが導入された。
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