論文の概要: Nonlinear dynamical Casimir effect and Unruh entanglement in waveguide QED with parametrically modulated coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.17365v1
• Date: Fri, 30 Aug 2024 15:54:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-02 14:46:39.881334
• Title: Nonlinear dynamical Casimir effect and Unruh entanglement in waveguide QED with parametrically modulated coupling
• Title（参考訳）: パラメトリック変調結合を有する導波路QEDにおける非線形動的カシミール効果とアンルーエンタングルメント
• Authors: Egor S. Vyatkin, Alexander V. Poshakinskiy, Alexander N. Poddubny,
• Abstract要約: 理論的には、1次元導波路に対して動く2レベル量子ビットの配列について検討する。 この運動の周波数が2倍のクビット共鳴周波数に近づくと、光子のパラメトリック生成と量子ビットの励起を誘導する。 我々は、摂動図式技術と厳密なマスター方程式アプローチの両方を取り入れた包括的一般理論フレームワークを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 83.88591755871734
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study theoretically an array of two-level qubits moving relative to a one-dimensional waveguide. This motion can be implemented mechanically or simulated via the modulation of the couplings between the qubits and the waveguide. When the frequency of this motion approaches twice the qubit resonance frequency, it induces parametric generation of photons and excitation of the qubits. The proposed quantum optomechanical system offers a plethora of possibilities for exploring various quantum electrodynamics phenomena. However, their theoretical analysis is challenging due to the presence of quantum nonlinearity, a continuum of propagating photonic modes, and the excitation of strongly nonequilibrium qubit states, which make many conventional analytical tools inapplicable. To address these challenges, we develop a comprehensive general theoretical framework that incorporates both perturbative diagrammatic techniques and a rigorous master-equation approach. Our calculations reveal several intriguing effects, including the directional dynamical Casimir effect, where momenta of emitted photon pairs are correlated, and the waveguide-mediated collective Unruh effect, where motion drives the qubits to a nontrivial steady state that can be entangled and exhibit phase transitions. Additionally, we examine the radiation back-action on the qubit motion, which becomes particularly pronounced when subradiant modes in the qubit array are excited. The back-action can significantly alter the mechanical spectra, potentially leading to the formation of hybrid phonon-biphoton modes.
• Abstract（参考訳）: 理論的には、1次元導波路に対して動く2レベル量子ビットの配列について検討する。 この運動は、量子ビットと導波路の間の結合の変調によって機械的にあるいはシミュレートすることができる。 この運動の周波数が2倍のクビット共鳴周波数に近づくと、光子のパラメトリック生成と量子ビットの励起を誘導する。 提案された量子光学系は、様々な量子電磁力学現象を探索する可能性の多さを提供する。 しかし、それらの理論解析は、量子非線形性、伝播するフォトニックモードの連続体、および多くの従来の分析ツールが適用できない強い非平衡量子ビット状態の励起のため、困難である。 これらの課題に対処するために、摂動図式技術と厳密なマスター方程式アプローチの両方を取り入れた総合的な理論フレームワークを開発する。 計算の結果,光子対のモーメントが相関する方向動的カシミール効果,光子対が絡み合うような非自明な定常状態に移動する導波路を介する集合的ウンルー効果など,いくつかの興味深い効果が示された。 さらに、クビットアレイのサブラジアントモードが励起されたときに特に顕著になるクビット運動に対する放射バックアクションについて検討する。 バックアクションはメカニカルスペクトルを著しく変化させ、ハイブリッドフォノン-双光子モードを形成する可能性がある。

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