論文の概要: Multilevel Quantum Rabi Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.05916v1
• Date: Tue, 08 Apr 2025 11:10:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-09 13:29:22.390280
• Title: Multilevel Quantum Rabi Models
• Title（参考訳）: マルチレベル量子ラビモデル
• Authors: Tabitha Doicin, Andrew D. Armour, Tommaso Tufarelli,
• Abstract要約: 原子を多層系に一般化した場合に何が起こるかを探る。 このシステムは, 結合範囲の異なるRabiモデルの直接和にほぼ減少することがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The quantum Rabi model, which describes the interaction between a simplified atom and a mode of the electromagnetic field, is a cornerstone of modern quantum optics. One of the key assumptions of the model is that the `atom' is a perfect two-level system. We explore what happens when one generalizes the atom to a multilevel system, with $m$ ground and $n$ excited states coupled to the same field. We focus on the case where the excited and ground states form distinct, well-separated, manifolds of near-degenerate levels (so that the spacing between the excited states on a given manifold is much less than the average spacing between the manifolds) and consider either uniform or random couplings between the individual ground and excited levels. We find that the system reduces approximately to a direct sum of Rabi models with a range of different couplings. Importantly, the strongest coupling is enhanced in a way that depends on the number of levels, for the simple case where $n=m$, the coupling scales with $n$ for uniform couplings and $2\sqrt{n}$ for random couplings (in the limit of large $n$). Our work thus suggests that multilevel Rabi systems could provide an attractive alternative route to accessing regimes of very strong coupling in light-matter systems.
• Abstract（参考訳）: 単純化された原子と電磁場のモードの間の相互作用を記述する量子ラビモデルは、現代の量子光学の基礎となっている。 モデルの主要な前提の1つは、 'atom' が完全な2段階のシステムであるということである。 原子を多層系に一般化すると、$m$グラウンドと$n$励起状態が同じ場に結合して何が起こるかを探る。 我々は、励起状態と基底状態が区別され、よく分離された、ほぼ退化レベル(与えられた多様体上の励起状態の間の間隔が多様体間の平均間隔よりもはるかに小さい)の多様体を形成し、個々の基底と励起レベルの間の一様あるいはランダムなカップリングを考える場合に焦点を当てる。 このシステムは, 結合範囲の異なるRabiモデルの直接和にほぼ減少することがわかった。 重要なことに、最強結合はレベル数に依存する方法で強化される:$n=m$の場合、一様結合は$n$、ランダムカップリングは$2\sqrt{n}$となる(大きな$n$の極限)。 我々の研究は、マルチレベルRabiシステムは、光物質系における非常に強い結合状態にアクセスするための魅力的な代替手段を提供する可能性があることを示唆している。

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