論文の概要: Cavity-QED Simulation of a Maser beyond the Mean-Field Approximation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.21166v1
- Date: Mon, 30 Dec 2024 18:44:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-31 16:04:25.775252
- Title: Cavity-QED Simulation of a Maser beyond the Mean-Field Approximation
- Title（参考訳）: 平均場近似を超えたメーザーのキャビティQEDシミュレーション
- Authors: Xinpeng Shu, Yining Jiang, Hao Wu, Mark Oxborrow,
- Abstract要約: 本研究では, マイクロ波モードの磁界の強度が, メーザーの空間拡大利得媒質の体積によって変化するメーザーの力学をシミュレーションし, 量子力学的にシミュレーションする方法を提案する。
我々は, ペンタセンドープパラテルフェニルの光学励起結晶を用いて, 実験的に測定したメーザーに本手法を適用した。
このメーザーの力学によって示される特定の異なる量子力学的特徴、特に、スピン光子ディック状態の発生に伴うラビのような浮き彫りの観察は、数値的に正確に再現できることを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7986199425034697
- License:
- Abstract: We here introduce a method for simulating, quantum mechanically, the dynamics of a maser where the strength of the magnetic field of the microwave mode being amplified by stimulated emission varies over the volume of the maser's spatially extended gain medium. This is very often the case in real systems. Our method generalizes the well-known Tavis-Cummings (T-C) model of cavity quantum electrodynamics (QED) to encompass quantum emitters whose coupling strengths to the maser's amplified mode vary over a distribution that can be accurately determined using an electromagnetic-field solver applied to the maser cavity's geometry and composition. We then solve our generalized T-C model to second order in cumulant expansion using publicly available Python-based software. We apply our methodology to a specific, experimentally measured maser based on an optically pumped crystal of pentacene-doped para-terphenyl. We demonstrate that certain distinct quantum-mechanical features exhibited by this maser's dynamics, most notably the observation of Rabi-like flopping associated with the generation of spin-photon Dicke states, can be accurately reproduced using our numerically solved model. The equivalent simpler model, that invokes the mean-field approximation, fails to do so. By constructing then solving for artificial (perfectly Gaussian) distributions, we go on to explore how the performance of this type of maser is affected by the spread in spin-photon coupling strengths. Our methodology thereby enables the maser's anatomy to be more rationally engineered.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, マイクロ波モードの磁界の強度が, メーザーの空間拡張利得媒体の体積によって変化するメーザーの力学をシミュレーションし, 量子力学的にシミュレーションする方法を提案する。
実際のシステムでは,このような場合が非常に多いのです。
本手法は,空洞型量子力学(QED)のTavis-Cummings(T-C)モデルを一般化し,メーザーの増幅モードとの結合強度が異なる量子エミッタを包含する。
次に、一般化されたT-Cモデルを、公開されているPythonベースのソフトウェアを用いて累積展開の2階に解決する。
我々は, ペンタセンドープパラテルフェニルの光学励起結晶を用いて, 実験的に測定したメーザーに本手法を適用した。
このメーザーの力学によって示される特定の異なる量子力学的特徴、特にスピン光子ディック状態の発生に伴うラビのような浮き彫りの観察は、数値解析モデルを用いて正確に再現できることを実証した。
平均場近似(英語版)を呼び出す等価な単純なモデルは、それを行うことができない。
人工的な(完全にガウス的な)分布の解法を構築することにより、この種のメーザーの性能がスピン-光子結合強度の拡散によってどのように影響するかを探求する。
これにより、メーザーの解剖学をより合理的に設計することができる。
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