論文の概要: Ultrafast single-photon interference with a dipole qubit in a nanocavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.03428v1
- Date: Wed, 03 Sep 2025 15:59:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-04 21:40:46.58574
- Title: Ultrafast single-photon interference with a dipole qubit in a nanocavity
- Title（参考訳）: ナノキャビティにおける双極子量子ビットによる超高速単一光子干渉
- Authors: Athul S. Rema, Adrián E. Rubio López, Felipe Herrera,
- Abstract要約: 励起双極子によるナノキャビティ近傍の単一光子生成のコヒーレントダイナミクスについて検討した。
提案手法は,非マルコフメモリカーネルによるナノキャビティフィールドのブロードバンド特性を符号化する。
結合系の定常スペクトルは、コヒーレントパルスと可変スペクトル帯域を用いてナノキャビティ場を駆動することによって操作可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The stationary spectrum of individual dipole emitters in plasmonic nanocavities has been studied for a range of cavity geometries and dipole configurations. Less is known about the coherent dynamics of single photon creation in the nanocavity near field by an excited dipole. We address this gap by developing a Lorentzian kernel approximation that solves the time-dependent Schr\"odinger equation that describes the coupled dipole-photon dynamics in the single-excitation manifold. Our approach encodes the broadband nature of the nanocavity field through a non-Markovian memory kernel, derived from macroscopic QED theory. For a two-level dipole near a metallic nanosphere, we show that the single photon probability density in frequency space evolves in strong coupling from an initially localized source at the qubit frequency into a Rabi doublet over a timescale governed by the kernel spectrum. This dynamical crossover is accompanied by the formation of single-photon interference patterns in frequency and time, propagating coherently over a timescale limited by the shape of kernel spectrum to $\sim 100-150$ fs, which is accessible to ultrafast spectroscopy. We also show that the stationary spectrum of the coupled system can be manipulated by driving the nanocavity field using coherent pulses with variable spectral bandwidth. Using single-photon pulses narrower than the kernel spectrum, the Rabi splitting in a system that supports strong coupling can be effectively removed. The applicability of our results to other dipole-nanocavity configurations is discussed and a general strong coupling criterion for nanocavities is formulated.
- Abstract（参考訳）: プラズモンナノキャビティにおける個々の双極子エミッタの定常スペクトルは、様々なキャビティジオメトリーと双極子配置について研究されている。
励起双極子によるナノキャビティ近傍での単一光子生成のコヒーレントダイナミクスについてはあまり知られていない。
単一励起多様体における双極子-光子ダイナミクスの結合を記述する時間依存シュリンガー方程式を解くローレンツ核近似を開発することで、このギャップに対処する。
提案手法は, ナノキャビティフィールドのブロードバンド特性を, マクロQED理論から導出した非マルコフメモリカーネルを通じて符号化する。
金属ナノスフィア近傍の2レベル双極子に対して、周波数空間における単一光子確率密度は、初期局在源から核スペクトルによって支配される時間スケール上のラビダブレットへの強い結合で進化することを示す。
この動的交叉は、周波数と時間における単一光子干渉パターンの形成に伴い、カーネルスペクトルの形状によって制限された時間スケールを$\sim 100-150$ fsに共役し、超高速分光にアクセスできる。
また,結合系の定常スペクトルは,コヒーレントパルスと可変スペクトル帯域を用いてナノキャビティ場を駆動することによって操作可能であることを示す。
核スペクトルよりも狭い単一光子パルスを用いることで、強いカップリングをサポートするシステムのラビ分割を効果的に除去することができる。
本研究の結果を他の双極子-ナノキャビティ構成に適用し,ナノキャビティに対する一般的な強結合基準を定式化した。
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