論文の概要: Modeling of Far-Field Quantum Coherence by Dielectric Bodies Based on the Volume Integral Equation Method
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.16471v1
- Date: Fri, 22 Aug 2025 15:39:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-25 16:42:36.432438
- Title: Modeling of Far-Field Quantum Coherence by Dielectric Bodies Based on the Volume Integral Equation Method
- Title（参考訳）: 体積積分方程式に基づく誘電体による遠距離量子コヒーレンスのモデル化
- Authors: Chengnian Huang, Hangyu Ge, Yijia Cheng, Zi He, Feng Liu, Wei E. I. Sha,
- Abstract要約: ホン・ウー・マンデル効果(Hong-Ou-Mandel effect、HOM)は、非古典的な光子干渉の指標である。
古典的電磁量と量子相関関数を直接リンクする効率的な数値的枠組みは存在しない。
遠距離場HOM干渉評価のための理論および計算の統一的枠組みを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.301530700055423
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The Hong-Ou-Mandel (HOM) effect is a hallmark of nonclassical photon interference. Accurate modeling of angle-resolved two-photon correlations in complex dielectric structures remains challenging because no efficient numerical framework directly links classical electromagnetic quantities to quantum correlation functions. We present a unified theoretical and computational framework for evaluating far-field HOM interference from arbitrary dielectric bodies. By quantizing plane-wave scattering modes and computing their far-field responses with a volume integral equation (VIE) solver, we determine the second-order normalized correlation function without near-to-far-field transformations or perfectly matched layers. This enables efficient evaluation of frequency-domain correlations and time-domain coincidence counts for photon wave packets. The approach is validated against analytical results for dielectric spheres and applied to a polarization-converting Pancharatnam-Berry-phase metasurface, revealing strong angular dependence of quantum interference that correlates with the characteristics of the HOM dip. The framework offers a computationally efficient and physically transparent tool for exploring structure-dependent quantum correlations, with applications to quantum antennas, metasurface-based quantum state engineering, and quantum inverse design.
- Abstract（参考訳）: ホン・ウー・マンデル効果(Hong-Ou-Mandel effect、HOM)は、非古典的な光子干渉の指標である。
複雑な誘電体構造における角度分解2光子相関の正確なモデリングは、古典的電磁量と量子相関関数を直接関連付ける効率的な数値的枠組みが存在しないため、依然として困難である。
本稿では、任意の誘電体から遠距離場HOM干渉を評価するための統一理論および計算フレームワークを提案する。
平面散乱モードの量子化と体積積分方程式(VIE)ソルバによる遠距離場応答の計算により、近距離場変換や完全整合層のない2階正規化相関関数を決定する。
これにより、光子波パケットの周波数領域相関と時間領域一致カウントを効率的に評価できる。
この手法は誘電体球の解析結果に対して検証され、偏極変換するパンチャラトナム・ベリー相準曲面に適用され、HOMディップの特性と相関する量子干渉の強い角依存性が明らかとなる。
このフレームワークは、構造に依存した量子相関を探索するための計算効率が高く、物理的に透過的なツールを提供し、量子アンテナ、準曲面ベースの量子状態工学、量子逆設計への応用がある。
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