論文の概要: Quantum Quasinormal Mode Theory for Dissipative Nano-Optics and Magnetodielectric Cavity Quantum Electrodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.05233v1
• Date: Mon, 07 Jul 2025 17:42:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:35.545006
• Title: Quantum Quasinormal Mode Theory for Dissipative Nano-Optics and Magnetodielectric Cavity Quantum Electrodynamics
• Title（参考訳）: 散逸性ナノ光学及び磁気誘電体キャビティ量子力学の量子準正規モード理論
• Authors: Lars Meschede, Daniel D. A. Clarke, Ortwin Hess,
• Abstract要約: マクロなQEDと複雑な座標変換に基づく統一理論フレームワークを提案する。 複雑な座標変換は、放射損失を非放射物質散逸に効果的に変換する。 磁気誘電体cQEDの完全量子理論におけるモード損失の複雑さに直接対処することにより、我々のアプローチは現代の量子ナノ光学実験の探索を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The unprecedented pace of evolution in nanoscale architectures for cavity quantum electrodynamics (cQED) has posed crucial challenges for theory, where the quantum dynamics arising from the non-perturbative dressing of matter by cavity electric and magnetic fields, as well as the fundamentally non-hermitian character of the system are to be treated without significant approximation. The lossy electromagnetic resonances of photonic, plasmonic or magnonic nanostructures are described as quasinormal modes (QNMs), whose properties and interactions with quantum emitters and spin qubits are central to the understanding of dissipative nano-optics and magnetodielectric cQED. Despite recent advancements toward a fully quantum framework for QNMs, a general and universally accepted approach to QNM quantization for arbitrary linear media remains elusive. In this work, we introduce a unified theoretical framework, based on macroscopic QED and complex coordinate transformations, that achieves QNM quantization for a wide class of spatially inhomogeneous, dissipative (with possible gain components) and dispersive, linear, magnetodielectric resonators. The complex coordinate transformations effectively convert the radiative losses into non-radiative material dissipation, and via a suitable transformation that reflects all the losses of the resonator, we define creation and annihilation operators that allow the construction of modal Fock states for the joint excitations of field-dressed matter. By directly addressing the intricacies of modal loss in a fully quantum theory of magnetodielectric cQED, our approach enables the exploration of modern, quantum nano-optical experiments utilizing dielectric, plasmonic, magnetic or hybrid cQED architectures, and paves the way towards a rigorous assessment of room-temperature quantum nanophotonic technologies without recourse to ad hoc quantization schemes.
• Abstract（参考訳）: キャビティ量子力学(cQED)のナノスケールアーキテクチャにおける前例のない進化のペースは、キャビティ電場や磁場による物質の非摂動的ドレッシングから生じる量子力学と、システムの基本的な非エルミート的特性を、大きな近似なしに扱うという理論において重要な課題を提起している。 フォトニック、プラズモン、マグノンナノ構造の損失電磁共鳴は準正規モード(QNM)として記述され、量子エミッタとスピン量子ビットとの相互作用は散逸性ナノ光学と磁気誘電体cQEDの理解の中心となる。 QNMの完全量子化フレームワークへの最近の進歩にもかかわらず、任意の線形媒体に対するQNM量子化への一般的かつ普遍的に受け入れられたアプローチは、いまだ解明されていない。 本研究では,多種多様な空間的不均一,散逸性(ゲイン成分を含む)および分散,線形,磁気誘電体共振器に対するQNM量子化を実現する,マクロ的QEDおよび複素座標変換に基づく統一理論フレームワークを提案する。 複素座標変換は、放射損失を非放射物質散逸に効果的に変換し、共振器のすべての損失を反映した適切な変換により、電場被覆物の共同励起のためのモードフォック状態の構築を可能にする生成および消滅演算子を定義する。 磁気誘電体cQEDの完全量子論におけるモード損失の複雑さを直接解決することにより、誘電体、プラズモニック、磁気またはハイブリッドcQEDアーキテクチャを用いた現代の量子ナノ光学実験の探索を可能にし、アドホック量子化スキームを伴わない室温量子ナノフォトニクス技術の厳密な評価への道を開くことができる。

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