論文の概要: Chiral Gain-Induced Time-Reversal Symmetry Breaking in Quantum Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.02718v1
- Date: Mon, 05 May 2025 15:17:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-06 18:49:35.722324
- Title: Chiral Gain-Induced Time-Reversal Symmetry Breaking in Quantum Systems
- Title（参考訳）: キラルゲインによる量子系の時間反転対称性の破れ
- Authors: Mário G. Silveirinha, Daigo Oue,
- Abstract要約: 我々は、構造化ゲイン環境と相互作用する量子ビットの力学を記述するための理論的枠組みを開発する。
キラルゲインは時間反転対称性を破り、非相反特性を持つ対称性に破れた定常状態に向かってシステムを駆動することができることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Structured light offers a powerful approach to tailor light-matter interactions in quantum systems with chiral properties. While chirality has been extensively studied in passive platforms, the role of optical gain in controlling chiral quantum dynamics remains largely unexplored. In this work, we develop a general theoretical framework to describe the dynamics of qubits interacting with structured gain environments, where amplification depends on the light's polarization or momentum. By quantizing the electromagnetic field in linear bianisotropic media with gain and extending the Lindblad formalism to these settings, we derive a master equation governing the qubit's irreversible evolution. We show that chiral gain can break time-reversal symmetry and drive the system toward a symmetry-broken steady state with nonreciprocal properties. This effect is illustrated in detail for moving plasmonic substrates, which exhibit inherently chiral gain that selectively amplifies transitions of a given handedness. Our results establish chiral gain as a novel mechanism for engineering nonreciprocal quantum steady states.
- Abstract（参考訳）: 構造光は、キラルの性質を持つ量子系における光-物質相互作用を調整するための強力なアプローチを提供する。
キラル性は受動的プラットフォームで広く研究されているが、キラル量子力学の制御における光学的利得の役割はほとんど解明されていない。
本研究では、光の偏光や運動量に依存する構造的利得環境と相互作用する量子ビットのダイナミクスを記述するための一般的な理論的枠組みを開発する。
線形双異方性媒質中の電磁場をゲインで定量化し、リンドブラッド形式をこれらの設定にまで拡張することにより、量子ビットの可逆進化を支配できるマスター方程式を導出する。
キラルゲインは時間反転対称性を破り、非相反特性を持つ対称性に破れた定常状態に向かってシステムを駆動することができることを示す。
この効果はプラズモン基板の移動に対して詳細に説明され、これは本質的にキラルな利得を示し、与えられたハンドネスの遷移を選択的に増幅する。
この結果は、非相互量子定常状態の工学的メカニズムとしてキラルゲインを確立した。
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