論文の概要: From Bound States to Quantum Spin Models: Chiral Coherent Dynamics in Topological Photonic Rings
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.11271v2
- Date: Thu, 17 Jul 2025 12:20:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-18 13:45:37.450952
- Title: From Bound States to Quantum Spin Models: Chiral Coherent Dynamics in Topological Photonic Rings
- Title（参考訳）: 境界状態から量子スピンモデル:トポロジカルフォトニックリングにおけるキラルコヒーレントダイナミクス
- Authors: Fatemeh Davoodi,
- Abstract要約: トポロジカルフォトニックシステムは、障害の存在下で光を導くための堅牢なプラットフォームを提供するが、量子エミッターとの相互作用は、強く相関した量子状態を実現するためのフロンティアである。
ここでは、トポロジカルに保護されたカイラル量子力学を制御するために、複数の量子エミッタと結合したリング状のSu-Schrieffer-Heeger(SSH)フォトニック格子を探索する。
トポロジカルバウンド状態は、一方向の放出を可能とし、消散に対するコヒーレンスを保護し、エミッタ間の非自明な絡み合いや相互情報パターンを印字することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Topological photonic systems offer a robust platform for guiding light in the presence of disorder, but their interplay with quantum emitters remains a frontier for realizing strongly correlated quantum states. Here, we explore a ring-shaped Su-Schrieffer-Heeger (SSH) photonic lattice interfaced with multiple quantum emitters to control topologically protected chiral quantum dynamics. Using a full microscopic model that includes cascaded Lindblad dynamics and chiral emitter-bath couplings, we reveal how the topology of the bath mediates nonreciprocal, long-range interactions between emitters. These interactions lead to rich manybody spin phenomena, including robust coherence, directional energy transfer, and emergent double N\'eel ordering, captured by an effective spin Hamiltonian derived from the system topology. We show that topological bound states enable unidirectional emission, protect coherence against dissipation, and imprint nontrivial entanglement and mutual information patterns among the emitters. In particular, we showed that under circularly polarized excitation, the emitters not only inherit spin angular momentum from the field but also serve as transducers that coherently launch the spin-orbit-coupled topological photonic modes into the far field. Our results establish a direct bridge between topological photonic baths and emergent quantum magnetism, positioning this architecture as a promising testbed for studying chiral quantum optics, topologically protected entangled states, and long-range quantum coherence.
- Abstract（参考訳）: トポロジカルフォトニックシステムは、障害の存在下で光を導くための堅牢なプラットフォームを提供するが、量子エミッターとの相互作用は、強く相関した量子状態を実現するためのフロンティアである。
ここでは、トポロジカルに保護されたカイラル量子力学を制御するために、複数の量子エミッタと結合したリング状のSu-Schrieffer-Heeger(SSH)フォトニック格子を探索する。
カスケードされたリンドブラッド力学とキラルエミッタ-バス結合を含むフル顕微鏡モデルを用いて、浴槽のトポロジーがエミッタ間の非相互・長距離相互作用をどのように仲介するかを明らかにする。
これらの相互作用は、ロバストコヒーレンス、方向性エネルギー移動、および系のトポロジーから導かれる効果的なスピンハミルトニアンによって捕獲される創発的な二重N'eel秩序を含む、豊富な多くのスピン現象を引き起こす。
本研究では, トポロジカルバウンド状態が一方向放出を可能にし, 消散に対するコヒーレンスを保護し, 放射体間の非自明な絡み合いや相互情報パターンを印加することを示す。
特に、円偏光励起の下では、エミッタは磁場からスピン角運動量を継承するだけでなく、スピン軌道結合型トポロジカルフォトニックモードを遠方場にコヒーレントに発射するトランスデューサとしても機能することを示した。
本研究は, この構造をカイラル量子光学, トポロジカルに保護された絡み合った状態, 長距離量子コヒーレンスを研究するための有望なテストベッドとして位置づけ, トポロジカル光浴と創発的量子磁気学の直接的な橋渡しを行うものである。
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