論文の概要: Vacuum-field-induced state mixing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.11610v2
• Date: Tue, 28 Nov 2023 18:46:09 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-30 17:03:48.737533
• Title: Vacuum-field-induced state mixing
• Title（参考訳）: 真空場誘起状態混合
• Authors: Diego Fern\'andez de la Pradilla, Esteban Moreno, Johannes Feist
• Abstract要約: 我々は, 原子-ナノ粒子分離のかなりの範囲内で, 崩壊速度が驚くほど低下することを示した。 我々の研究は、エネルギー準位が密接なエミッタに新しい量子状態操作の可能性を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.49157446832511503
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: By engineering the electromagnetic vacuum field, the induced Casimir-Polder shift (also known as Lamb shift) and spontaneous emission rates of individual atomic levels can be controlled. When the strength of these effects becomes comparable to the energy difference between two previously uncoupled atomic states, an environment-induced interaction between these states appears after tracing over the environment. This interaction has been previously studied for degenerate levels and simple geometries involving infinite, perfectly conducting half-spaces or free space. Here, we generalize these studies by developing a convenient description that permits the analysis of these non-diagonal perturbations to the atomic Hamiltonian in terms of an accurate non-Hermitian Hamiltonian. Applying this theory to a hydrogen atom close to a dielectric nanoparticle, we show strong vacuum-field-induced state mixing that leads to drastic modifications in both the energies and decay rates compared to conventional diagonal perturbation theory. In particular, contrary to the expected Purcell enhancement, we find a surprising decrease of decay rates within a considerable range of atom-nanoparticle separations. Furthermore, we quantify the large degree of mixing of the unperturbed eigenstates due to the non-diagonal perturbation. Our work opens new quantum state manipulation possibilities in emitters with closely spaced energy levels.
• Abstract（参考訳）: 電磁真空場の工学により、誘導カシミール・ポルダーシフト(ラムシフトとも呼ばれる)と個々の原子レベルの自発放出速度を制御することができる。 これらの効果の強さが2つの未結合の原子状態間のエネルギー差に匹敵するようになると、環境をトレースした後、環境によって引き起こされる相互作用が現れる。 この相互作用はかつて、無限で完全な半空間や自由空間を含む退化レベルと単純な測地のために研究されてきた。 ここでは、これらの非対角摂動を原子ハミルトニアンに正確な非エルミートハミルトニアンの観点から解析できる便利な記述を考案することで、これらの研究を一般化する。 この理論を誘電体ナノ粒子に近い水素原子に応用し、従来の対角摂動理論と比較して、エネルギーと崩壊速度の両方に劇的な変化をもたらす強い真空場誘起状態混合を示す。 特に、期待されるパーセルの増進とは対照的に、かなりの範囲の原子-ナノ粒子分離において、崩壊速度は驚くほど低下する。 さらに,非対角摂動による非摂動固有状態の混合量の定量化を行った。 我々の研究は、エネルギー準位が密接なエミッタに新しい量子状態操作の可能性を開く。

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