論文の概要: Multiparticle quantum plasmonics: fundamentals and applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01026v1
- Date: Fri, 28 Mar 2025 05:45:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-03 13:20:55.288530
- Title: Multiparticle quantum plasmonics: fundamentals and applications
- Title（参考訳）: 多粒子量子プラズモニクスの基礎と応用
- Authors: Mingyuan Hong,
- Abstract要約: この論文は、光が金属-誘電体界面での集合電荷振動とどのように相互作用するかを探求し、ナノスケールでの強い閉じ込めと量子効果の強化を可能にした。
理論と応用によって、この論文は量子プラズモニクスを前進させ、イメージング、センシング、情報処理における多光子法の可能性を強調している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Quantum plasmonics explores how light interacts with collective charge oscillations at metal-dielectric interfaces, enabling strong confinement and enhanced quantum effects at the nanoscale. While traditional quantum optics focuses on single photons, this thesis explores an intermediate regime - multiparticle quantum optics - where classical light, analyzed using photon-number-resolving detection and projective measurements, reveals nontrivial quantum correlations. We begin by establishing the theoretical foundation of multiparticle quantum plasmonics, introducing key concepts like photon-plasmon interactions, coherence, and statistical fluctuations. The first study shows that multiparticle scattering can alter quantum statistics in plasmonic systems, offering new control over fluctuations. The second reveals nonclassical near-field plasmon dynamics, showing how quantum coherence emerges from bosonic and fermionic contributions in subsystems. The third study presents a quantum plasmonic sensing method, using conditional detection to boost signal-to-noise ratio and improve phase estimation. The final study extends this approach to quantum imaging with natural light: by isolating multiphoton correlations from thermal light via photon-number-resolving detection and a single-pixel protocol, we enhance image contrast under noisy conditions. These results show that multiparticle interactions can control quantum statistical properties, even in classical fields. By bridging theory and application, this thesis advances quantum plasmonics and highlights the potential of multiphoton methods in imaging, sensing, and information processing.
- Abstract（参考訳）: 量子プラズモニクスは、光が金属-誘電体界面での集合電荷振動とどのように相互作用するかを探求し、ナノスケールでの強い閉じ込めと量子効果を高める。
従来の量子光学は単一光子に焦点を当てているが、この論文では、古典的な光が光子数分解検出と射影測定を用いて分析され、非自明な量子相関が明らかになる中間状態(多粒子量子光学)を探求している。
我々はまず、光子-プラズモン相互作用、コヒーレンス、統計ゆらぎといった重要な概念を導入し、多粒子量子プラズモンの理論の基礎を確立することから始める。
最初の研究は、多粒子散乱がプラズモン系の量子統計を変化させ、揺らぎに対する新たな制御を提供することを示した。
2つ目は非古典的な近接場プラズモン力学を明らかにし、サブシステムにおけるボゾンおよびフェルミオンの寄与から量子コヒーレンスがどのように出現するかを示している。
第3の研究では、条件検出を用いて信号と雑音の比を高め、位相推定を改善する量子プラズモニックセンシング法を提案する。
最後に、このアプローチを自然光による量子イメージングに拡張し、光子数分解検出と単一ピクセルプロトコルを通じて熱光から多光子相関を分離することにより、ノイズのある条件下での画像コントラストを高める。
これらの結果は、古典的場においても、多粒子相互作用が量子統計的性質を制御可能であることを示している。
理論と応用によって、この論文は量子プラズモニクスを前進させ、イメージング、センシング、情報処理における多光子法の可能性を強調している。
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