論文の概要: Quantum Rabi oscillations in the semiclassical limit: backreaction on the cavity field and entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.09366v1
• Date: Sat, 12 Apr 2025 23:24:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-15 16:51:02.329672
• Title: Quantum Rabi oscillations in the semiclassical limit: backreaction on the cavity field and entanglement
• Title（参考訳）: 半古典的極限における量子ラビ振動:空洞場におけるバックリアクションと絡み合い
• Authors: Alexandre P. Costa, Alexandre Dodonov,
• Abstract要約: 強い原子-磁場結合では、$pi $pulseの持続時間が100omega -1$以下である場合、原子励起確率の挙動は教科書から大きく逸脱する。 この研究の残りの部分では、空洞上の量子ビットのバックリアクションと結果として生じる原子-磁場の絡み合いを数値的に研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 89.99666725996975
• License:
• Abstract: The goal of this chapter is to compare the predictions of the semiclassical Rabi model (SRM), which describes the interaction between a two-level system (qubit) and a classical monochromatic wave, and the quantum Rabi model (QRM), under the assumption that the cavity field is initiated in a coherent state with a large average number of photons, ranging from 5K to 40K. First, we show that for a strong atom-field coupling, when the duration of the $\pi $-pulse (the time interval required to completely excite or deexcite the qubit in the resonant regime) is below $100\omega ^{-1}$, the behaviour of the atomic excitation probability deviates significantly from the textbook sinusoidal formula derived for the SRM under the rotating-wave approximation, and we present simple analytical and semi-analytical methods to describe more accurately the dynamics. Then we show that the QRM reproduces the qubit's dynamics predicted by the SRM only for initial times, since in the QRM the qubit excitation probability exhibits a collapse behaviour even in the lossless scenario; we also notice that the qualitative behaviour of such collapses is different from the ones occurring in the dissipative SRM. In the rest of this work we study numerically the backreaction of the qubit on the cavity field and the resulting atom--field entanglement, which are disregarded in the SRM. It is shown that the atom-field entanglement increases over time and a maximally entangled state is attained for large times. Moreover, we illustrate how the Rabi oscillations continuously modify the quantum state of the cavity field, which becomes increasingly different from the original coherent state as the time increases.
• Abstract（参考訳）: この章の目標は、2レベル系(量子ビット)と古典単色波との相互作用を記述する半古典的ラビモデル(SRM)と、空洞場が5Kから40Kまでの多くの平均光子を持つコヒーレントな状態で開始されるという仮定の下で量子的ラビモデル(QRM)の予測を比較することである。 まず、強い原子-磁場カップリングにおいて、$\pi $-pulse(共振系において量子ビットを完全に励起または非励起するために要する時間間隔)が100\omega ^{-1}$未満である場合、原子励起確率の挙動は、回転波近似の下でSRMに導かれる教科書正弦波公式から著しく逸脱し、より正確に力学を記述するための単純な解析的および半解析的な方法を示す。 次に、QRMは、QRMにおいて、損失のないシナリオにおいても、クォービット励起確率が崩壊挙動を示すため、初期時間のみ、SRMによって予測されるクォービットのダイナミクスを再現することを示す。 この研究の残りの部分では、SRMでは無視される空洞上の量子ビットのバックリアクションと結果として生じる原子-磁場の絡み合いを数値的に研究する。 原子-磁場の絡み合いは時間とともに増加し、最大絡み合い状態は長期間にわたって達成されることが示されている。 さらに、Rabiの振動が空洞場の量子状態を継続的に変化させ、時間が増えるにつれて元のコヒーレント状態とますます異なる状態になることを示す。

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