論文の概要: Robust Superradiance and Spontaneous Spin Ordering in Disordered Waveguide QED

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.13671v1
• Date: Wed, 15 Oct 2025 15:30:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-16 20:13:28.739386
• Title: Robust Superradiance and Spontaneous Spin Ordering in Disordered Waveguide QED
• Title（参考訳）: 障害導波路QEDにおけるロバスト超放射と自発スピン秩序
• Authors: Xin H. H. Zhang, Daniel Malz, Peter Rabl,
• Abstract要約: 我々は、1次元フォトニック導波路に$N$励起2レベル原子の乱れた配列の集合放出について検討した。 大規模半古典シミュレーションを用いて、この超放射能のキーサインは、強い空間的・スペクトル的障害の下でも頑健であることがわかった。
• 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: We study the collective emission of a disordered array of $N$ excited two-level atoms into a one-dimensional photonic waveguide. In the perfectly ordered case, where atoms are spaced by exact integer multiples of the wavelength, the system exhibits the characteristic superradiant burst with a peak emission rate scaling as $N^2$. Using large-scale semiclassical simulations, we find that this key signature of superradiance remains asymptotically robust under strong spatial and spectral disorder, but also exhibits subtle finite-size scaling toward this limit. To explain our observations, we provide an analytical variational estimate for the maximal decay rate, which tightly bounds the numerical results and reveals how disorder shapes the collective decay. Specifically, we find that even in the presence of strong disorder, the spins tend to self-organize spontaneously according to their locations, which overall optimizes constructive interference effects and explains the emergence of mirror-asymmetric correlations in superradiant decay. These findings resolve important open questions regarding the existence and nature of superradiance in strongly disordered arrays and offer valuable insights for understanding collective quantum optical phenomena in realistic systems.
• Abstract（参考訳）: 我々は、1次元フォトニック導波路に$N$励起2レベル原子の乱れた配列の集合放出について検討した。 完全に順序づけられた場合、原子は波長の正確な整数倍数で空間化されるが、この系はピーク放出率を$N^2$とする特性を持つ超ラジカルバーストを示す。 大規模半古典シミュレーションを用いて、この超放射能のキーサインは、強い空間的・スペクトル的障害の下では漸近的に頑健でありながら、この限界に向かって微妙な有限スケールのスケーリングを示す。 本研究は, 最大崩壊率の解析的変動推定を行い, 計算結果を厳密に束縛し, 乱れが集団崩壊をどう形作るかを明らかにする。 具体的には、強い障害がある場合でも、スピンはその位置に応じて自然に自己組織化する傾向にあり、これは全体として構成的干渉効果を最適化し、超放射能崩壊におけるミラー-非対称相関の出現を説明する。 これらの発見は、強い乱れを持つアレイにおける超放射能の存在と性質に関する重要なオープンな疑問を解決し、現実的なシステムにおける集合量子光学現象を理解するための貴重な洞察を提供する。

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