論文の概要: From Few to Many Emitters Cavity QED: Energy Levels and Emission Spectra From Weak to Deep-Strong Coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.18763v1
• Date: Mon, 23 Jun 2025 15:33:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:37.057047
• Title: From Few to Many Emitters Cavity QED: Energy Levels and Emission Spectra From Weak to Deep-Strong Coupling
• Title（参考訳）: 少ないから多くのエミッタキャビティQED: 弱から深部ストロングカップリングまでのエネルギーレベルと発光スペクトル
• Authors: Andrea Zappalá, Alberto Mercurio, Daniele Lamberto, Samuel Napoli, Omar Di Stefano, Salvatore Savasta,
• Abstract要約: 単一キャビティモードに結合したN$2レベル量子エミッタからなるシステムの特性について検討した。 また,エミッタ数の増加に伴ってシステムの進化も明らかにした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a systematic study of the properties of systems composed of $N$ two-level quantum emitters coupled to a single cavity mode, for light-matter interaction strengths ranging from the weak to the ultrastrong and deep-strong coupling regimes. Beginning with an analysis of the energy spectrum as a function of the light-matter coupling strength, we examine systems with varying numbers of emitters, from a pair to large collections, approaching the thermodynamic limit ($N \to \infty$). Additionally, we explore the emission properties of these systems under incoherent excitation of the emitters, employing a general theoretical framework for open cavity-QED systems, which is valid across all light-matter interaction regimes and preserves gauge invariance within truncated Hilbert spaces. Furthermore, we study the influence of the emitter-environment interaction on the spectral properties of the system. Specifically, when each emitter interacts independently with its own reservoir, we observe the emergence of an emission peak at the cavity's resonant frequency for even values of $N$. Our analysis also clarify the evolution of the system as the number of emitters increases, ultimately converging towards an equivalent system composed of two interacting single-mode bosonic fields.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 単一キャビティモードに結合したN$2レベル量子エミッタからなる系の特性を, 弱い状態から超強結合状態, 深い結合状態に至るまでの光-物質相互作用強度に対して系統的に検討する。 光-物質結合強度の関数としてのエネルギースペクトルの分析から始め、ペアから大きなコレクションまで様々な数のエミッタを持つ系を調べ、熱力学限界(N \to \infty$)に近づく。 さらに,これらの系におけるエミッタの非整合励起下での発光特性について検討し,開空洞-QED系に関する一般理論的枠組みを用いて検討した。 さらに,エミッタ-環境相互作用がシステムのスペクトル特性に及ぼす影響について検討した。 具体的には、それぞれのエミッタが独自の貯水池と独立に相互作用するとき、その共振周波数における放出ピークの出現を観測し、その値は$N$である。 また,エミッタの数が増加するにつれて系の進化が明らかになり,最終的には2つの相互作用する単一モードのボソニック場からなる等価系へと収束する。

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