論文の概要: Gauge-invariant theory of quantum light-matter interactions in arbitrary
media
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.11796v1
- Date: Wed, 24 Aug 2022 23:45:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-29 23:41:16.482462
- Title: Gauge-invariant theory of quantum light-matter interactions in arbitrary
media
- Title(参考訳): 任意の媒体における量子光-物質相互作用のゲージ不変理論
- Authors: Chris Gustin, Sebastian Franke, Stephen Hughes
- Abstract要約: 我々は、ゲージのあいまいさのない構造化フォトニック環境における超強光-物質相互作用の厳密なモデルから導出した。
簡易なゲージ不変光検出モデルを用いて,モード制御系における可観測物があいまいさを伴わずにどのように計算できるかを示す。
- 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: The loss of gauge invariance in models of light-matter interaction which
arises from material and photonic space truncation can pose significant
challenges to conventional quantum optical models when matter and light
strongly hybridize. In structured photonic environments, necessary in practice
to achieve strong light-matter coupling, a rigorous model of field quantization
within the medium is also needed. Here, we use the framework of macroscopic QED
by quantizing the fields in an arbitrary material system, with a
spatially-dependent dispersive and absorptive dielectric, starting from a
fundamental light-matter action. We truncate the material and mode degrees of
freedom while respecting the gauge principle by imposing a partial gauge fixing
constraint during canonical quantization, which admits a large number of gauges
including the Coulomb and multipolar gauges. We also consider gauge conditions
with explicit time-dependence, enabling us to unambiguously introduce
phenomenologically time-dependent light-matter interactions in any gauge. Our
results allow one to derive rigorous models of ultrastrong light-matter
interactions in structured photonic environments with no gauge ambiguity.
Results for two-level systems and the dipole approximation are discussed, as
well as how to go beyond the dipole approximation for effective single-particle
models. By comparing with the limiting case of an inhomogeneous dielectric,
where dispersion and absorption can be neglected and the fields can be expanded
in terms of the generalized transverse eigenfunctions of the dielectric, we
show how lossy systems can introduce an additional gauge ambiguity, which we
resolve and predict to have fundamental implications for open quantum system
models. Finally, we show how observables in mode-truncated systems can be
calculated without ambiguity by using a simple gauge-invariant photodetection
model.
- Abstract(参考訳): 物質とフォトニック空間の切り離しから生じる光間相互作用のモデルにおけるゲージ不変性の喪失は、物質と光が強く混ざり合わさった場合、従来の量子光学モデルにとって重大な課題となる。
構造フォトニック環境においては、強い光-物質結合を実現するために、媒体内の場の量子化の厳密なモデルも必要である。
ここでは、任意の物質系の電場を、基本光源作用から始まる空間依存性の分散誘電体と吸収誘電体で定量化することにより、マクロQEDの枠組みを用いる。
標準量子化中に部分ゲージ固定制約を課すことでゲージ原理を尊重しながら、材料とモードの自由度を断定し、クーロンや多極ゲージを含む多数のゲージを許容する。
また、時間依存性を明示したゲージ条件も考慮し、任意のゲージに現象論的に時間依存性の光-物質相互作用を導入することができる。
この結果により、ゲージのあいまいさを伴わない構造フォトニック環境における超強光-物質相互作用の厳密なモデルが導出できる。
双極子近似と双極子近似の結果と、有効単一粒子モデルに対する双極子近似を超える方法について議論した。
分散と吸収を無視し、誘電体の一般化された逆固有関数を用いて場を拡大できる不均質誘電体の極限ケースと比較することにより、損失のある系がさらなるゲージ曖昧性を導入する方法を示し、オープン量子系モデルに基本的な意味を持つと予測する。
最後に、単純なゲージ不変光検出モデルを用いて、モード切換系における可観測性がどのように曖昧さなく計算できるかを示す。
関連論文リスト
- Theory of Quantum Light-Matter Interaction in Cavities: Extended Systems
and the Long Wavelength Approximation [0.0]
キャビティ・マテリアル・エンジニアリングは、暗い電磁環境のゆらぎをエンジニアリングすることで材料特性を調整しようとする。
ここでは、長波長のFabry-P'erot共振器に埋め込まれた低次元結晶に対する効果的な非摂動理論を導出する。
論文 参考訳(メタデータ) (2023-12-28T21:41:12Z) - Quench dynamics in higher-dimensional Holstein models: Insights from
Truncated Wigner Approaches [44.99833362998488]
電子ホッピングの急激なスイッチオン後のホルシュタインモデルにおける電荷密度波の融解について検討した。
ホルシュタイン連鎖で得られた正確なデータと比較すると、フォノンと電子の半古典的な扱いは音速力学を正確に記述するために必要であることを示している。
論文 参考訳(メタデータ) (2023-12-19T16:14:01Z) - Directional spontaneous emission in photonic crystal slabs [49.1574468325115]
自発放出は、励起量子エミッタが量子ゆらぎによって基底状態に緩和される基本的な平衡過程である。
これらの光子を介する相互作用を修正する方法の1つは、エミッターの双極子放射パターンを変更することである。
我々の研究は、これらの方向の放出パターンと前述の変数の相互作用を詳しく調べ、未発見の量子光学現象を微調整する可能性を明らかにした。
論文 参考訳(メタデータ) (2023-12-04T15:35:41Z) - Enhanced Entanglement in the Measurement-Altered Quantum Ising Chain [46.99825956909532]
局所的な量子測定は単に自由度を乱すのではなく、システム内の絡みを強める可能性がある。
本稿では,局所測定の有限密度が与えられた状態の絡み合い構造をどのように修正するかを考察する。
論文 参考訳(メタデータ) (2023-10-04T09:51:00Z) - Ultra-long photonic quantum walks via spin-orbit metasurfaces [52.77024349608834]
数百光モードの超長光子量子ウォークについて報告する。
このセットアップでは、最先端の実験をはるかに超えて、最大320の離散的なステップで量子ウォークを設計しました。
論文 参考訳(メタデータ) (2022-03-28T19:37:08Z) - Classical-to-quantum transition in multimode nonlinear systems with
strong photon-photon coupling [12.067269037074292]
量子クラスター膨張法によるフォトニック非線形系の古典-量子遷移について検討する。
この研究は、マルチモードシステムの量子力学を研究し、連続可変量子情報処理のための非線形フォトニックデバイスを探索するための普遍的なツールを提供する。
論文 参考訳(メタデータ) (2021-11-18T07:26:57Z) - Quantum Floquet engineering with an exactly solvable tight-binding chain
in a cavity [0.0]
単一空洞モードに結合した密結合鎖によって与えられる、正確に解けるモデルを提供する。
我々は,光物質結合の摂動膨張が注意を要し,容易に偽の超放射能相につながることを示した。
さらに,電子単一粒子スペクトル関数と光伝導率の解析式を導出する。
論文 参考訳(メタデータ) (2021-07-26T14:33:20Z) - QuTiP-BoFiN: A bosonic and fermionic numerical
hierarchical-equations-of-motion library with applications in
light-harvesting, quantum control, and single-molecule electronics [51.15339237964982]
階層運動方程式 (HEOM) は力学を解くための強力な正確な数値的手法である。
固体物理学、光学、単分子電子工学、生物物理学の問題に拡張され応用されている。
ボソニック環境とフェルミオン環境の両方にHEOMを実装した強力なQuTiPプラットフォームと統合したPythonの数値ライブラリを提案する。
論文 参考訳(メタデータ) (2020-10-21T07:54:56Z) - Cavity Quantum Electrodynamics at Arbitrary Light-Matter Coupling
Strengths [0.0]
強い結合性を持つ量子光マターシステムは、分析が難しいことで知られている。
そこで本研究では,すべての相互作用強度で光-物質相関を解析するための非摂動的手法を提案する。
論文 参考訳(メタデータ) (2020-10-07T18:00:10Z) - Quantum delocalization, gauge and quantum optics: The light-matter
interaction in relativistic quantum information [0.0]
第一量子化原子系と量子電磁場との相互作用を再考する。
完全最小結合モデルと量子光学で使用される典型的な有効モデルとを結びつける。
論文 参考訳(メタデータ) (2020-08-28T18:00:00Z) - Gauge invariance of the Dicke and Hopfield models [0.0]
N二層原子と量子化電磁場との間の双極子結合を記述するディックモデルは、超強光物質結合の存在下ではゲージ不変性に反するように見える。
線形誘電体媒質の量子化に基づく一般記述であるホップフィールドモデルを明示的ゲージ不変形式で表現し、より一般的なホップフィールドモデルの特定の場合とみなすことができることを示す。
論文 参考訳(メタデータ) (2020-02-11T07:49:16Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト(すべての情報・翻訳含む)の品質を保証せず、本サイト(すべての情報・翻訳含む)を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。