論文の概要: Compact cavity-dressed Hamiltonian framework at arbitrarily strong light-matter coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.11903v1
• Date: Fri, 14 Nov 2025 22:17:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-18 14:36:23.382764
• Title: Compact cavity-dressed Hamiltonian framework at arbitrarily strong light-matter coupling
• Title（参考訳）: 任意の強光物質結合におけるコンパクトキャビティ被覆ハミルトンフレームワーク
• Authors: Jakub Garwoła, Dvira Segal,
• Abstract要約: 量子化場モード(キャビティ)に強く結合した量子系に対する非摂動ハミルトン写像法を提案する。 完全極限に収束する一連のコンパクトモデルを構築し、挑戦的共鳴と超強光マター状態においても従来のアプローチより優れている。
• 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 present a non-perturbative Hamiltonian mapping method for quantum systems strongly coupled to a quantized field mode (cavity), yielding compact closed-form representations of hybrid light-matter systems. The mapping method builds on an entangling transformation of photonic and atomic degrees of freedom. By truncating the resulting cavity-dressed Hamiltonian (CDH) to successively larger excitation sectors, we construct a series of compact models that converge to the exact limit, outpacing conventional approaches even in the challenging resonant and ultrastrong light-matter regime. The mapping principle also applies to multimode cavities coupled to matter through noncommuting operators and to leaky cavities. We benchmark the CDH framework on the quantum Rabi model, demonstrating accurate spectral predictions in both weak and strong coupling regimes, together with converging ground-state and thermal observables. We study the Dicke-Heisenberg lattice model and determine its phase diagram under resonant and strong light-matter coupling, achieving significant computational savings over brute-force simulations and identifying cavity-mediated spin correlations both analytically and numerically. The closed-form and compactness of the CDH provide both physical insight and enhanced computational efficiency, facilitating studies of strongly coupled hybrid light-matter systems.
• Abstract（参考訳）: 量子化場モード(キャビティ)に強く結合した量子系に対する非摂動ハミルトン写像法を提案する。 このマッピング法は、フォトニックと原子自由度の絡み合った変換に基づいている。 得られた空洞被覆ハミルトニアン (CDH) を連続的により大きな励起セクターに切り離すことにより、我々は、挑戦的な共振器および超強光マター系においても従来のアプローチより優れている、正確な極限に収束する一連のコンパクトモデルを構築する。 写像原理は、非可換作用素を介して物質に結合された多重モードキャビティや、漏れやすいキャビティにも適用される。 我々は、量子Rabiモデル上でCDHフレームワークをベンチマークし、弱い結合状態と強い結合状態の両方において正確なスペクトル予測と、収束する基底状態と熱可観測物を示す。 我々はDicke-Heisenberg格子モデルについて検討し,その位相図を強共振および強光物質結合の下で決定し,ブルート力シミュレーションによる計算の大幅な削減を実現し,キャビティ媒介スピン相関を解析的および数値的に同定した。 CDHのクローズド形式とコンパクト性は、物理的洞察と計算効率の向上の両方を提供し、強く結合されたハイブリッド・ライト・マッターシステムの研究を容易にする。

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