論文の概要: Atom-Field Non-Markovian Dynamics in Open and Dissipative Systems: An Efficient Memory-Kernel Approach Linked to Dyadic Greens Function and CEM Treatments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.03561v1
- Date: Wed, 05 Nov 2025 15:45:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-06 18:19:32.469836
- Title: Atom-Field Non-Markovian Dynamics in Open and Dissipative Systems: An Efficient Memory-Kernel Approach Linked to Dyadic Greens Function and CEM Treatments
- Title（参考訳）: 開散系および散逸系における原子場非マルコフダイナミクス: ダイドグリーン関数とCEM処理にリンクした効率的なメモリ・カーネルアプローチ
- Abstract要約: 開放散系における2レベル系からの単一光子放出をモデル化するための数値的枠組みを提案する。
改良型Langevinノイズフォーマリズムにおける境界モードと媒体アシストモードの完全性について数値的に検証する。
2レベルシステムのメモリカーネルはグリーン関数の虚部によって決定されることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0966260566122241
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In this work, we present a numerical framework for modeling single photon emission from a two level system in open and dissipative systems beyond the Markovian approximation. The method can be readily integrated into standard computational electromagnetic (CEM) solvers such as finite difference time domain (FDTD) and finite element method (FEM). We numerically verify the completeness of boundary and medium assisted modes in the modified Langevin noise formalism by reconstructing the imaginary part of the dyadic Greens function through modal expansion in three dimensions. This reconstruction enables a first principles description of atom field interaction via the multi mode Jaynes Cummings model in open and dissipative environments. Within the single excitation manifold, we show that the memory kernel of a two level system is determined by the imaginary part of the Greens function, implying that radiative modes alone govern the relevant dynamics. The proposed framework thus provides a Greens function based approach for describing atomic population and single photon dynamics, directly compatible with Maxwell solvers. We then present concrete strategies for implementing our method in both FDTD and FEM frameworks, demonstrating its practical applicability. We further verify numerical results for a lossy Lorentz Drude type mirror, including both the case of a TLS near a finite sized metallic mirror and that of a TLS centered in a Fabry Perot cavity. This work establishes a rigorous foundation for incorporating quantum emitter dynamics into computational electromagnetics, thereby extending classical solvers toward quantum light matter interactions.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,マルコフ近似を超えた開・散逸系における2レベル系からの単一光子放出をモデル化するための数値的枠組みを提案する。
この方法は、有限差分時間領域 (FDTD) や有限要素法 (FEM) などの標準計算電磁法 (CEM) に容易に統合できる。
本研究では, 3次元のモーダル展開を通じて, 次元グリーン関数の虚部を再構成することにより, 改良型ランゲヴィン雑音定式化における境界モードと中助モードの完全性を検証する。
この再構成により、開かつ散逸的な環境でのマルチモードJaynes Cummingsモデルによる原子場相互作用の第一原理記述が可能になる。
単一励起多様体内では、2レベル系のメモリカーネルがグリーンズ関数の虚部によって決定されることが示され、放射モードのみが関連する力学を支配していることが示唆される。
提案したフレームワークは、原子集団と単一光子ダイナミクスを記述するためのグリーンズ関数に基づくアプローチを提供し、マクスウェル解法と直接互換性がある。
次に,本手法をFDTDとFEMの両フレームワークで実装するための具体的な戦略を示し,その有効性を実証する。
さらに, 有限サイズ金属鏡近傍のTLSとファブリペロ空洞中心のTLSの両方を含む, 損失の少ないローレンツ・ドルード型ミラーの数値結果を検証した。
この研究は、量子エミッターダイナミクスを計算電磁学に組み込むための厳密な基礎を確立し、古典的な解法を量子光物質相互作用へと拡張する。
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