論文の概要: Superstrong Dynamics and Directional Emission of a Giant Atom in a Structured Bath
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.01579v2
- Date: Wed, 29 Oct 2025 09:47:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-30 18:06:01.90622
- Title: Superstrong Dynamics and Directional Emission of a Giant Atom in a Structured Bath
- Title（参考訳）: 構造浴中における巨大原子の超強ダイナミクスと方向発光
- Authors: Vincent Jouanny, Léo Peyruchat, Marco Scigliuzzo, Alberto Mercurio, Enrico Di Benedetto, Daniele De Bernardis, Davide Sbroggiò, Simone Frasca, Vincenzo Savona, Francesco Ciccarello, Pasquale Scarlino,
- Abstract要約: 非線形分散を伴う導波路に結合した量子エミッタは、豊富な量子力学を示す。
工学的なフォトニック環境の最近の進歩により、離散サイト導波路と微調整された分散の実現が可能になった。
高インピーダンス結合キャビティアレイに非局所的に結合したトランスモン量子ビットについて検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum emitters coupled to waveguides with nonlinear dispersion show rich quantum dynamics with the promise of implementing non-trivial non-Markovian quantum models. Recent advances in engineered photonic environments now allow the realization of discrete-site waveguides with tailored dispersion, yet most implementations of waveguide QED remain limited to a local qubit-waveguide coupling. Here, we study a transmon qubit non-locally coupled to a high-impedance coupled cavity array (CCA), thus implementing a \emph{giant atom} in a structured photonic environment. The non-local coupling produces interference with the CCA modes, selectively enhancing interaction with even and long-wavelength modes, while suppressing coupling to odd and short-wavelength modes. For a subset of symmetric, long-wavelength modes, we reach the superstrong coupling regime. In this regime, measurements of the atomic participation ratio reveal strongly hybridized eigenmodes on a par with a strongly reduced qubit participation at the frequency of maximum hybridization with the qubit, in agreement with theory. Time-domain measurements of the qubit dynamics show clear deviations from the single-mode Jaynes--Cummings model, marked by the emergence of mode--mode interactions. By breaking spatial inversion symmetry of the CCA, the qubit seeds dressed eigenmodes confined to either the right or left of the qubit, which we exploit to implement and characterize a directional photon-emission protocol. These results demonstrate precise control over multimode light--matter interaction in a structured photonic environment.
- Abstract（参考訳）: 非線形分散を伴う導波路に結合した量子エミッタは、非自明な非マルコフ量子モデルを実装することを約束して、リッチな量子力学を示す。
近年の工学的フォトニック環境の進歩により、離散サイト導波路の実現が可能になったが、導波路QEDのほとんどの実装は局所的クビット-導波路結合に限られている。
本稿では,高インピーダンス結合キャビティアレイ (CCA) に非局所的に結合したトランモン量子ビットについて検討する。
非局所結合はCCAモードと干渉し、偶数および長波長モードとの相互作用を選択的に強化し、奇数および短波長モードとの結合を抑制する。
対称長波長モードの部分集合に対しては、超弦結合状態に達する。
この状態において、原子の参加比の測定は、理論に則って、量子ビットとの最大ハイブリダイゼーションの頻度において、強く還元された量子ビットの参加とパーに強くハイブリダイズされた固有モードを示す。
キュービット力学の時間領域測定は、モードモード相互作用の出現を特徴とする単一モードのJaynes-Cummingsモデルから明らかなずれを示す。
CCAの空間反転対称性を破ることにより、qubitシードはqubitの左右に制限された固有モデムを着、指向性光子放出プロトコルの実装と特徴付けに利用した。
これらの結果は、構造化フォトニック環境におけるマルチモード光-物質相互作用の精密制御を実証する。
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