論文の概要: Dissipation in the Broadband and Ultrastrong Coupling Regimes of Cavity Quantum Electrodynamics: An \emph{Ab Initio} Quantized Quasinormal Mode Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.21408v1
- Date: Tue, 29 Jul 2025 00:31:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-01 17:19:08.121919
- Title: Dissipation in the Broadband and Ultrastrong Coupling Regimes of Cavity Quantum Electrodynamics: An \emph{Ab Initio} Quantized Quasinormal Mode Approach
- Title（参考訳）: キャビティ量子力学の広帯域および超強結合レジームの散逸:量子準正規モードアプローチ
- Authors: Chris Gustin, Juanjuan Ren, Sebastian Franke, Stephen Hughes,
- Abstract要約: 光子損失に対する現象学的アプローチは、長い間キャビティQEDの働きだったが、十分なブロードバンド光-マター相互作用の存在は不十分であることが証明されている。
本稿では、双極子に結合した量子化光キャビティモードに対する量子マスター方程式の厳密で強調的な初期化について述べる。
我々はブロードバンドのキャビティQED(空洞QED)の消散的状態に対する新しい基準を特定し、極端な結合状態における単一モードモデルに対する基礎的な制限を課す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.785648159920035
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Phenomenological approaches to photon loss have long been the workhorse of cavity-QED, but prove inadequate in the presence of sufficiently broadband light-matter interactions. We present a rigorous and \emph{ab initio} derivation of a quantum master equation for a quantized optical cavity mode coupled to a dipole, using a quasinormal mode (QNM) quantization procedure for plasmonic and dielectric open-system cavity-QED, which is valid in broadband light-matter interaction regimes, including ultrastrong coupling (USC). The theory supports general three-dimensional resonators with arbitrary dispersion and loss, and thus can be applied to a wide range of open cavities. Our \emph{ab initio} and gauge-invariant approach fully recovers the recent result of Phys. Rev. Lett. 134, 123601 (2025) for the spectral density of a quantized cavity with a single dipole, exhibits a dissipative classical-quantum correspondence for bosonic Hopfield model systems, and reveals important departures from previous heuristic assumptions about system-bath coupling. We identify a new criterion for what we term the ``broadband'' dissipative regime of cavity-QED, where phenomenological models require corrections in accordance with the intrinsic and spatially-dependent complex phase of the QNM, and also shed light on \emph{fundamental limits} to single-mode models in extreme coupling regimes. Using plasmonic and dielectric cavity examples, we show validity ranges of our QNM master equation and spectral USC calculations, and discuss prospects for near-term experimental observation of broadband dissipative effects.
- Abstract（参考訳）: 光子損失に対する現象学的アプローチは、長い間キャビティQEDの働きだったが、十分なブロードバンド光-マター相互作用の存在は不十分であることが証明されている。
超強結合(USC)を含む広帯域光物質相互作用系において有効であるプラズマおよび誘電体開系キャビティ-QEDの準正規モード(QNM)量子化法を用いて、双極子に結合した量子化光学キャビティモードの量子マスター方程式の厳密かつ‘emph{ab initio’を導出する。
この理論は任意の分散と損失を持つ一般的な3次元共振器をサポートしており、幅広い開空洞に適用することができる。
我々の \emph{ab initio} とゲージ不変なアプローチは、Phys の最近の結果を完全に回復する。
レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・
134, 123601 (2025) は、単一双極子を持つ量子化キャビティのスペクトル密度に対して、ボソニックホップフィールドモデル系の散逸的古典量子対応を示し、システムバス結合に関する過去のヒューリスティックな仮定から重要な逸脱を明らかにしている。
ここでは現象論的モデルがQNMの内在的および空間的依存的な複素相に従って補正を必要とするような空洞QEDの「ブロードバンド」散逸的状態の新たな基準を定め、また超結合状態の単一モードモデルに 'emph{fundamental limit' の光を放つ。
プラズモニックおよび誘電体キャビティの例を用いて、我々のQNMマスター方程式とスペクトルUSC計算の有効範囲を示し、ブロードバンド散逸効果の短期的観察の可能性について議論する。
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