論文の概要: Numerical Framework for Multimode Jaynes- and Tavis-Cummings Models Incorporating the Modified Langevin Noise Formalism: Non-Markovian Analysis of Atom-Field Interactions in Dissipative Electromagnetic Environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.02183v1
- Date: Thu, 03 Apr 2025 00:00:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-04 12:55:08.331918
- Title: Numerical Framework for Multimode Jaynes- and Tavis-Cummings Models Incorporating the Modified Langevin Noise Formalism: Non-Markovian Analysis of Atom-Field Interactions in Dissipative Electromagnetic Environments
- Title（参考訳）: 改良ランゲヴィン雑音形式を組み込んだマルチモード・ジャイネス・テービス・カミングスモデルの数値的枠組み:散逸性電磁環境における原子-場相互作用の非マルコフ解析
- Authors: Hyunwoo Choi, Weng Cho Chew, Dong-Yeop Na,
- Abstract要約: 本稿では,Langevinノイズフォーマリズムを多モードJaynes-およびTavis-Cummingsモデルに統合する新しい数値フレームワークを提案する。
提案手法は従来の量子マスター方程式では説明できない非マルコフ原子動力学を捉える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: We present a novel numerical framework that integrates the modified Langevin noise formalism into the multimode Jaynes- and Tavis-Cummings models, enabling a first-principles, non-Markovian analysis of atom-field interactions in dissipative electromagnetic (EM) environments that account for both radiative losses and absorptive dissipation in lossy dielectric media (or satisfying general inhomogeneous causal media exhibiting both dispersion and absorption effects). In the modified Langevin noise formalism, the boundary- and medium-assisted (BA and MA) fields, which constitute a continuum set of EM modes in dissipative EM environments, are numerically obtained using the finite-element method (FEM). Specifically, BA field modes are extracted by solving plane-wave scattering problems, while MA field modes are determined through point-source radiation problems. These numerically obtained BA and MA field modes are then incorporated into the multimode Jaynes- and Tavis-Cummings models such that the coupling strength between atoms and BA-MA field modes can be calculated for the study of atom-field interactions in dissipative EM environments. The proposed methodology captures non-Markovian atomic dynamics that cannot be described by traditional quantum master equations under the Markovian approximation. To validate the accuracy of the proposed numerical framework, we present four numerical examples: (i) a two-level system (TLS) in a perfect electric conductor (PEC) half-space; (ii) dissipative cavity electrodynamics with two limiting cases approaching spontaneous emission in free space and ideal Rabi oscillations; (iii) super-radiance in TLS arrays; and (iv) entanglement sudden death of two TLSs inside dissipative cavities. The proposed methodology can serve as a ground-truth numerical simulator for studying atom-field interactions in general dissipative EM environments.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,多モードのJaynes-およびTavis-Cummingsモデルに改良されたLangevinノイズフォーマリズムを組み込むことにより,誘電体媒体の放射損失と吸収効果の両方を考慮に入れた拡散電磁(EM)環境における原子-磁場相互作用の第一原理,非マルコフ解析を可能にする。
改良Langevinノイズフォーマリズムでは、有限要素法(FEM)を用いて、消散EM環境におけるEMモードの連続集合を構成するバウンダリおよびミディアムアシスト(BAおよびMA)フィールドを数値的に取得する。
具体的には、BAフィールドモードは平面波散乱問題の解法により抽出され、MAフィールドモードは点源放射問題によって決定される。
これらの数値的に得られたBAおよびMAフィールドモードは、散逸性EM環境における原子-磁場相互作用の研究において、原子とBA-MAフィールドモードの結合強度を計算できるように、マルチモードのJaynesおよびTavis-Cummingsモデルに組み込まれる。
提案手法はマルコフ近似の下では従来の量子マスター方程式では説明できない非マルコフ原子動力学を捉える。
提案手法の精度を検証するために,4つの数値例を示す。
一 完全導体(PEC)ハーフスペースにおける二段系(TLS)
(II)自由空間における自発放出と理想ラビ振動に近づく2つの制限例を持つ散逸性空洞電磁力学
三 TLSアレイにおける超輝度、及び
(4)散発性空洞内の2つのTLSの突然死。
提案手法は、一般的な消散性EM環境における原子-磁場相互作用を研究するための基底構造数値シミュレータとして機能する。
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