論文の概要: Nonclassical Driven-Dissipative Dynamics in Collective Quantum Optics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.10672v1
• Date: Fri, 12 Sep 2025 20:01:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.72382
• Title: Nonclassical Driven-Dissipative Dynamics in Collective Quantum Optics
• Title（参考訳）: 集合量子光学における非古典駆動散逸ダイナミクス
• Authors: Alejandro Vivas-Viaña,
• Abstract要約: 我々は、レーザー場によってコヒーレントに駆動され、フォトニック構造に結合された相互作用量子エミッタのアンサンブルについて研究する。 オフ共鳴仮想状態は、散逸によって人口が増加し、オープンシステムにおけるその役割を再定義する可能性がある。 我々のモデルは、不均一な拡張やデコヒーレンスといった課題に対処し、量子技術における協調的な光物質効果の活用の可能性を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 51.56484100374058
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Reduced abstract. This Thesis explores emergent cooperative phenomena in collective light-matter systems. We study ensembles of interacting quantum emitters coherently driven by a laser field and coupled to photonic structures, focusing on the hybrid description of emitters dressed by light. The interplay among quantum emitters, coherent driving, and photonic environments reveals a rich landscape of cooperative effects. While single-emitter dressing has been widely studied, we address collective phenomena in two non-identical emitters modelled as two-level systems. Strong interaction forms a dimer exhibiting superradiant and subradiant states, with two-photon resonances directly connecting ground and doubly excited states. This nonlinear process, central to the Thesis, enables new regimes of cooperative light-matter physics. Analytical studies show how interactions reshape observables such as emission intensity, photon statistics, and spectra, offering implications for quantum metrology. The sensitivity of two-photon processes to emitter distance and driving strength enables high-precision sensing and sub-wavelength imaging. Unexpectedly, we find that off-resonant virtual states may gain population through dissipation, redefining their role in open systems. To capture this, we develop a hierarchical adiabatic elimination method for metastable dynamics. We also analyze entanglement in emitters coupled to a lossy cavity, identifying five mechanisms, including the frequency-resolved Purcell effect introduced here. This selective enhancement stabilizes cooperative states and enables scalable entanglement. Our models, tailored to solid-state platforms such as quantum dots and molecular aggregates, address challenges like inhomogeneous broadening and decoherence, demonstrating the feasibility of harnessing cooperative light-matter effects for quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 抽象性を低下させる。 この論文は、集合的な光・物質系の創発的な協調現象を探求する。 レーザー磁場によってコヒーレントに駆動され、フォトニック構造に結合された相互作用量子エミッタのアンサンブルについて研究し、光で装ったエミッタのハイブリッド記述に焦点を当てた。 量子エミッター、コヒーレントな駆動、フォトニック環境の間の相互作用は、協調効果の豊かな風景を明らかにしている。 シングルエミッタードレッシングは広く研究されているが、2レベルシステムとしてモデル化された2つの非同一性エミッタにおける集合現象に対処する。 強い相互作用は超ラジカル状態と亜ラジカル状態を示す二量体を形成し、二光子共鳴は接地状態と二重励起状態を直接接続する。 この非線形過程はテーゼの中心であり、協調的な光物質物理学の新たなレギュレーションを可能にしている。 分析研究は、相互作用が放射強度、光子統計、スペクトルなどの可観測物質を再構成し、量子気象学に影響を及ぼすことを示した。 2光子プロセスのエミッタ距離と駆動強度に対する感度は、高精度なセンシングとサブ波長イメージングを可能にする。 予期せぬことに、オフ共鳴仮想状態は、散逸によって人口が増加し、オープンシステムにおける彼らの役割を再定義する可能性がある。 そこで我々は,メタスタブルダイナミクスのための階層型アダバティック除去法を開発した。 また、損失キャビティに結合したエミッタの絡み合いを分析し、ここで導入された周波数分解パーセル効果を含む5つのメカニズムを同定した。 この選択的強化は協調状態を安定させ、スケーラブルな絡み合いを可能にする。 我々のモデルは、量子ドットや分子集合体のような固体プラットフォームに適合し、不均一な拡張やデコヒーレンスといった課題に対処し、量子技術における協調的な光物質効果の活用の可能性を示した。

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