論文の概要: Ultrastrong photon-photon coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.12427v1
- Date: Wed, 23 Aug 2023 21:14:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-25 16:18:01.936706
- Title: Ultrastrong photon-photon coupling
- Title（参考訳）: 超強光子-光子結合
- Authors: Fuyang Tay, Ali Mojibpour, Stephen Sanders, Shuang Liang, Hongjing Xu,
Geoff C. Gardner, Andrey Baydin, Michael J. Manfra, Alessandro Alabastri,
David Hagenm\"uller, Junichiro Kono
- Abstract要約: 光子間の相関は、光の古典的でない状態の鍵となる特徴である。
近年の研究では、空洞量子力学系の基底状態は、熱平衡における圧縮真空状態の形で光-物質相関を持つ可能性が示唆されている。
このことは、異なるフォトニックモードがウルトラスト光とマッターのカップリングによって基底状態でも相関できるかどうかという問題を引き起こす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.097911555298964
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Correlations between photons are a key feature of nonclassical states of
light. Recent studies suggest that the ground state of a cavity quantum
electrodynamics system can have light-matter correlations in the form of a
squeezed vacuum state in thermal equilibrium when the matter ultrastrongly
couples with cavity photons. This raises a question whether different photonic
modes can also be correlated in the ground state via ultrastrong light-matter
coupling. Here we demonstrate ultrastrong coupling between photonic modes of a
multi-mode three-dimensional terahertz photonic-crystal cavity that is mediated
by their simultaneous ultrastrong coupling with the cyclotron resonance of a
two-dimensional electron gas in GaAs. Terahertz spectroscopy measurements of
Landau polaritons showed excellent agreement with our calculations based on a
microscopic quantum model. Despite the lack of nonlinearity in the matter
system, the model shows significant correlations between the photonic modes in
the ground state of the system, which can be controlled by changing the matter
and photon frequencies and the spatial overlap of their mode profiles. We
propose a detuning-independent figure of merit to quantify all possible
couplings in multi-mode systems. These findings pave the way for creating
multi-mode nonclassical states and exploring the many-body regime of quantum
optics with vacuum fields.
- Abstract（参考訳）: 光子間の相関は、非古典的な光の状態の重要な特徴である。
近年の研究では、空洞量子力学系の基底状態は、物質が空洞光子と超強結合するときに、熱平衡における圧縮真空状態の形で光-物質相関を持つことが示唆されている。
このことは、異なるフォトニックモードが超強光物質結合によって基底状態でも相関できるかどうかという問題を引き起こす。
ここでは、GaAs中の2次元電子ガスのサイクロトロン共鳴と同時の超強結合によって媒介される多モード3次元テラヘルツフォトニック結晶空洞のフォトニックモード間の超強結合を示す。
ランダウ偏光子のテラヘルツ分光測定は, 微視的量子モデルに基づく計算と良好な一致を示した。
物質系における非線形性の欠如にもかかわらず、このモデルは系の基底状態におけるフォトニックモードとの間に有意な相関を示し、物質と光子周波数を変化させることと、それらのモードプロファイルの空間的重なりを制御できる。
マルチモードシステムにおけるすべての結合を定量化するためのデチューニング非依存のメリットの図式を提案する。
これらの発見は、多モード非古典状態を作り、真空場を持つ量子光学の多体状態を探究する道を開いた。
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