論文の概要: Exact Solution for A Real Polaritonic System Under Vibrational Strong
Coupling in Thermodynamic Equilibrium: Absence of Zero Temperature and Loss
of Light-Matter Entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.01326v1
- Date: Tue, 2 Aug 2022 09:21:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-02 14:28:51.016576
- Title: Exact Solution for A Real Polaritonic System Under Vibrational Strong
Coupling in Thermodynamic Equilibrium: Absence of Zero Temperature and Loss
of Light-Matter Entanglement
- Title（参考訳）: 熱力学平衡における振動強い結合下における実ポラリトニック系の厳密解:零温度と光-物質絡み合いの欠如
- Authors: Dominik Sidler, Michael Ruggenthaler and Angel Rubio
- Abstract要約: 熱平衡における量子化光学キャビティモードと強いロ-振動結合の下での実分子系の第1の正確な量子シミュレーション(HD$+$)を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The first exact quantum simulation of a real molecular system (HD$^+$) under
strong ro-vibrational coupling to a quantized optical cavity mode in thermal
equilibrium is presented. Theoretical challenges in describing strongly coupled
systems of mixed quantum statistics (Bosons and Fermions) are discussed and
circumvented by the specific choice of our molecular system. Our exact
simulations reveal the absence of a zero temperature for the strongly coupled
matter and light subsystems, due to cavity induced non-equilibrium conditions.
Furthermore, we explore the temperature dependency of light-matter quantum
entanglement, which emerges for the groundstate, but is quickly lost already in
the deep cryogenic regime, opposing predictions from phenomenological models
(Jaynes-Cummings). Distillable molecular light-matter entanglement of
ro-vibrational states may open interesting perspectives for quantum
technological applications. Moreover, we find that the dynamics (fluctuations)
of matter remains modified by the quantum nature of the thermal and vacuum
field fluctuations for significant temperatures, e.g. at ambient conditions.
These observations (loss of entanglement and coupling to quantum fluctuations)
has far reaching consequences for the understanding and control of polaritonic
chemistry and materials science, since a semi-classical theoretical description
of light-matter interaction becomes feasible, but the typical canonical
equilibrium assumption for the nuclear dynamics remains broken. This opens the
door for quantum fluctuations induced stochastic resonance phenomena under
vibrational strong coupling. A plausible theoretical mechanism to explain the
experimentally observed resonance phenomena in absence of periodic driving,
which have not yet been understood.
- Abstract（参考訳）: 熱平衡における量子化光学キャビティモードと強いロ-振動結合の下での実分子系の第1の正確な量子シミュレーション(HD$^+$)を示す。
混合量子統計学(ボーソンとフェルミオン)の強結合系を記述する理論的課題は、我々の分子系の特定の選択によって議論され回避される。
正確なシミュレーションにより, キャビティ誘起非平衡条件により, 強結合性物質と光サブシステムにはゼロ温度がないことが判明した。
さらに, 基底状態から生じる光マッター量子エンタングルメントの温度依存性について検討するが, 現象論的モデル(jaynes-cummings)からの予測とは反対に, 深低温下では急速に失われている。
ロ-振動状態の蒸留可能な分子の光-物質絡み合いは、量子技術応用の興味深い視点を開くかもしれない。
さらに, 物体の力学(変動)は, 熱場および真空場の変動の量子的性質によって, 環境条件など, かなりの温度で変化し続けていることがわかった。
これらの観測(量子揺らぎへの絡み合いと結合の喪失)は、光・物質相互作用の半古典的な理論記述が実現可能となるため、ポーラロン化学と物質科学の理解と制御に大いに影響するが、核動力学の典型的な標準平衡仮定は破られていない。
これにより、振動強い結合の下での量子揺らぎ誘起確率共鳴現象の扉が開く。
周期運転のない実験で観測された共鳴現象を説明するための理論的メカニズムはまだ解明されていない。
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