論文の概要: Fibonacci Waveguide Quantum Electrodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.06308v1
• Date: Tue, 08 Jul 2025 18:02:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-10 17:37:43.352045
• Title: Fibonacci Waveguide Quantum Electrodynamics
• Title（参考訳）: フィボナッチ導波路量子力学
• Authors: Florian Bönsel, Flore K. Kunst, Federico Roccati,
• Abstract要約: フィボナッチ導波路」には変換不変性がなく、特異な連続エネルギースペクトルと臨界固有状態が特徴である。 原子光子結合状態は、周期列によって決定される特定の結合構造に対してのみ形成されることを示す。 この場合、媒介境界状態は周期的に変調されたプロファイルを特徴とし、多フラクタル特性を持つ実効ハミルトニアンとなる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Waveguide quantum electrodynamics (QED) provides a powerful framework for engineering quantum interactions, traditionally relying on periodic photonic arrays with continuous energy bands. Here, we investigate waveguide QED in a fundamentally different environment: A one-dimensional photonic array whose hopping strengths are structured aperiodically according to the deterministic Fibonacci-Lucas substitution rule. These "Fibonacci waveguides" lack translational invariance and are characterized by a singular continuous energy spectrum and critical eigenstates, representing a deterministic intermediate between ordered and disordered systems. We demonstrate how to achieve decoherence-free, coherent interactions in this unique setting. We analyze two paradigmatic cases: (i) Giant emitters resonantly coupled to the simplest aperiodic version of a standard waveguide. For these, we show that atom photon bound states form only for specific coupling configurations dictated by the aperiodic sequence, leading to an effective atomic Hamiltonian, which itself inherits the Fibonacci structure; and (ii) emitters locally and off-resonantly coupled to the aperiodic version of the Su-Schrieffer-Heeger waveguide. In this case the mediating bound states feature aperiodically modulated profiles, resulting in an effective Hamiltonian with multifractal properties. Our work establishes Fibonacci waveguides as a versatile platform, which is experimentally feasible, demonstrating that the deterministic complexity of aperiodic structures can be directly engineered into the interactions between quantum emitters.
• Abstract（参考訳）: 導波管量子電磁力学(QED)は、伝統的に連続エネルギーバンドを持つ周期的フォトニックアレイに依存して、量子相互作用を工学する強力なフレームワークを提供する。 ホッピング強度が周期的に構造化される1次元フォトニックアレイは、決定論的フィボナッチ=ルカス置換則に従って構成される。 これらの「フィボナッチ導波路」には翻訳的不変性がなく、特異な連続エネルギースペクトルと臨界固有状態が特徴であり、秩序系と乱れた系の間の決定論的中間体を表す。 このユニークな環境でデコヒーレンスフリーでコヒーレントな相互作用を実現する方法を示す。 私たちは2つのパラダイムケースを分析します。 (i)ジャイアントエミッターは、標準導波路の最も単純な周期的なバージョンに共鳴的に結合する。 これらのことから、原子光子結合状態は、周期列によって決定される特定の結合構造に対してのみ形成され、有効原子ハミルトニアンとなり、フィボナッチ構造を継承することを示す。 (II)Su-Schrieffer-Heeger導波路の周期バージョンに局所および非共鳴的に結合したエミッタ。 この場合、媒介境界状態は周期的に変調されたプロファイルを特徴とし、多フラクタル特性を持つ実効ハミルトニアンとなる。 我々の研究は、フィボナッチ導波路を多目的プラットフォームとして確立し、これは実験的に実現可能であり、周期構造の決定論的複雑さを直接量子エミッタ間の相互作用に組み込むことができることを示した。

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