論文の概要: Theory and simulations of few-photon Fock state pulses strongly interacting with a single qubit in a waveguide: exact population dynamics and time-dependent spectra
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.03716v1
- Date: Fri, 27 Sep 2024 20:59:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-02 20:28:28.302327
- Title: Theory and simulations of few-photon Fock state pulses strongly interacting with a single qubit in a waveguide: exact population dynamics and time-dependent spectra
- Title（参考訳）: 導波路内の単一量子ビットと強く相互作用する数光子フォック状態パルスの理論とシミュレーション:正確な人口動態と時間依存スペクトル
- Authors: Sofia Arranz Regidor, Andreas Knorr, Stephen Hughes,
- Abstract要約: 導波路内の2レベルシステム(TLS)と相互作用する数光子フォック状態パルスの詳細な量子理論とシミュレーションを示す。
長方形のパルス形状については、導波管-QED系に対する正確な時間散乱理論を示し、TLS集団に対する解析式を導出する。
また, 行列積状態(MPS)シミュレーションも提案し, 任意の量子パルスに対するより一般的な光子相関関数の計算を可能にした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5852077003870417
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a detailed quantum theory and simulations of a few-photon Fock state pulse interacting with a two-level system (TLS) in a waveguide. For a rectangular pulse shape, we present an exact temporal scattering theory for the waveguide-QED system to derive analytical expressions for the TLS population, for 1-photon and 2-photon pulses, for both chiral and symmetric emitters. We also derive the stationary (long time) and time-dependent spectra for 1 photon excitation, and show how these differ at a fundamental level when connecting to TLS population effects. Numerically, we also present matrix product state (MPS) simulations, which allow us to compute more general photon correlation functions for arbitrary quantum pulses, and we use this approach to also show results for Gaussian quantum pulses, and to confirm the accuracy of our analytical results. In addition, we show how significant population TLS effects also occur for pulses relatively long compared to the radiative decay time (showing that a weak excitation approximation cannot be made), and investigate the population signatures, nonlinear features and dynamical behavior as a function of pulse length. These detailed theoretical results extend and complement our related Letter results [Arranz Regidor et al., unpublished, 2024].
- Abstract（参考訳）: 導波路内の2レベルシステム(TLS)と相互作用する数光子フォック状態パルスの詳細な量子理論とシミュレーションを示す。
長方形のパルス形状については、導波管-QED系に対する正確な時間散乱理論を示し、1光子および2光子パルスのTLS集団に対する解析式をキラルおよび対称エミッタの両方に対して導出する。
また、1光子励起の定常(長時間)および時間依存性スペクトルを導出し、TLS集団効果に接続する際の基本レベルの違いを示す。
また,任意の量子パルスに対してより一般的な光子相関関数を計算できる行列積状態(MPS)シミュレーションも提案する。
さらに, パルス長の関数としての集団特性, 非線形特性, 動的挙動について検討し, 放射減衰時間と比較して, パルスに対するTLSの影響が比較的長いことを明らかにする。
これらの詳細な理論的結果は、我々の関連するレターの結果(Arranz Regidor et al , un published, 2024)を拡張し、補完する。
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