論文の概要: Theoretical Analysis of Photonic Resonances in Spectroscopic Measurements of a Kerr Nonlinear Resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.17197v1
- Date: Fri, 21 Nov 2025 12:24:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-24 18:08:19.011334
- Title: Theoretical Analysis of Photonic Resonances in Spectroscopic Measurements of a Kerr Nonlinear Resonator
- Title（参考訳）: ケーラー非線形共振器の分光計測におけるフォトニック共鳴の理論解析
- Authors: Yuki Tanaka, Aiko Yamaguchi, Tomohiro Yamaji, Yuta Shingu, Keisuke Matsumoto, Tsuyoshi Yamamoto, Yuichiro Matsuzaki,
- Abstract要約: フォトニック共鳴(PR)と呼ばれる現象はKPO分光法で理論的に予測されている。
我々はまず、理論計算と分光計測の実験を行った。
次に,理想的なノイズレス環境を想定した分析研究を行った。
- 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: The Kerr parametric oscillator (KPO) has recently attracted considerable attention from the perspective of its applications to quantum information processing, and understanding its properties is an important challenge. Spectroscopic measurements serve as an effective means of elucidating detailed information about the system, such as the energy-level structure and the transition matrix elements of the KPO. Conventional spectroscopy requires the drive frequency to match an energy spacing with a nonzero transition matrix element. In recent years, a phenomenon called photonic resonance (PR) has been theoretically predicted in KPO spectroscopy. Specifically, resonance occurs under the condition that the detuning is set to $n/2$ times the Kerr nonlinearity, where $n$ is a natural number. However, under this condition the transition matrix element vanishes, and thus the mechanism by which photonic resonance (PR) arises has remained unclear. In this work, we aim to elucidate the physical origin of PR observed in KPO spectroscopy. We first performed theoretical calculations and experiments of spectroscopic measurements, confirming that PR can indeed be observed and that the theoretical and experimental results are in qualitative agreement. We then carried out an analytical study under the assumption of an ideal noiseless environment. Our analysis revealed that, although the transition matrix element of the external field expressed in the system's energy eigenbasis is zero, higher-order perturbative effects induce Rabi oscillations between the ground and excited states. Furthermore, numerical simulations in a time domain including the effect of decoherence demonstrated that coherent oscillations decay, leading to the appearance of PR.
- Abstract（参考訳）: Kerrパラメトリック発振器(KPO)は近年、量子情報処理への応用の観点から大きな注目を集めており、その性質を理解することが重要な課題である。
分光測定は、KPOのエネルギーレベル構造や遷移行列要素などのシステムに関する詳細な情報を解明する有効な手段となる。
従来の分光法では、駆動周波数は非ゼロ遷移行列要素とエネルギー間隔を一致させる必要がある。
近年、KPO分光法では光共鳴(PR)と呼ばれる現象が理論的に予測されている。
特に共鳴は、デチューニングがカーの非線形性(英語版)の$n/2$倍に設定されているという条件の下で発生し、$n$は自然数である。
しかし、この条件下で遷移行列要素は消滅し、光共鳴(PR)が起こるメカニズムはいまだ不明である。
本研究では,KPO分光法で観測されたPRの物理的起源を明らかにすることを目的とする。
我々はまず, PRが実際に観測可能であること, 理論および実験結果が質的一致であることを確認し, 分光測定の理論的計算と実験を行った。
次に,理想的なノイズレス環境を想定した分析研究を行った。
解析の結果、系のエネルギー固有基底で表される外部磁場の遷移行列要素はゼロであるが、高次摂動効果は、基底と励起状態の間のラビ振動を誘導することがわかった。
さらに、デコヒーレンス効果を含む時間領域における数値シミュレーションにより、コヒーレント振動が減衰し、PRが出現することを示した。
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