論文の概要: Ultrastrong light-matter interaction in a multimode photonic crystal
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.14972v2
- Date: Wed, 21 Feb 2024 20:51:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-23 19:32:37.222529
- Title: Ultrastrong light-matter interaction in a multimode photonic crystal
- Title（参考訳）: 多モードフォトニック結晶における超強光間相互作用
- Authors: Andrei Vrajitoarea, Ron Belyansky, Rex Lundgren, Seth Whitsitt, Alexey
V. Gorshkov, Andrew A. Houck
- Abstract要約: 多光子束縛状態の強い関与により、単一の光子の輸送が多体問題となることを示す。
この研究は、単一光子レベルで非線形量子光学を探求するエキサイティングな可能性を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1588748438612071
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Harnessing the interaction between light and matter at the quantum level has
been a central theme in atomic physics and quantum optics, with applications
from quantum computation to quantum metrology. Combining complex interactions
with photonic synthetic materials provides an opportunity to investigate novel
quantum phases and phenomena, establishing interesting connections to condensed
matter physics. Here we explore many-body phenomena with a single artificial
atom coupled to the many discrete modes of a photonic crystal. This experiment
reaches the ultrastrong light-matter coupling regime using the circuit quantum
electrodynamics paradigm, by galvanically coupling a highly nonlinear fluxonium
qubit to a tight-binding lattice of microwave resonators. In this regime, the
transport of a single photon becomes a many-body problem, owing to the strong
participation of multi-photon bound states arising from interactions that break
particle number conservation. Exploiting the effective photon-photon
interactions mediated by the qubit, the transport of multiple photons leads to
complex multimode dynamics that can be employed for generating a continuous
reservoir of strongly-correlated photons, an important resource for quantum
networks. This work opens exciting prospects for exploring nonlinear quantum
optics at the single-photon level and stabilizing entangled many-body phases of
light.
- Abstract（参考訳）: 量子レベルでの光と物質間の相互作用の調和は、量子物理学や量子光学において中心的なテーマであり、量子計算から量子力学への応用がある。
複雑な相互作用とフォトニック合成材料を組み合わせることで、新しい量子相や現象を研究する機会となり、凝縮物質物理学と興味深いつながりが確立される。
ここでは、フォトニック結晶の多くの離散モードに結合した単一の人工原子による多体現象を探索する。
この実験は、非常に非線形なフラックスニウム量子ビットをマイクロ波共振器のタイト結合格子に強結合することにより、回路量子電磁力学パラダイムを用いて超強光マッター結合状態に達する。
この状態において、単一光子の輸送は、粒子数保存を破る相互作用から生じる多光子境界状態の強い関与のため、多体問題となる。
量子ビットによって媒介される効果的な光子-光子相互作用を爆発させると、複数の光子の輸送は、量子ネットワークの重要なリソースである強相関光子の連続的な貯留物を生成するのに使用できる複雑な多重モードダイナミクスをもたらす。
この研究は、単一光子レベルで非線形量子光学を探索し、絡み合った多体位相を安定化するエキサイティングな展望を開く。
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