論文の概要: High-Order Harmonic Generation with Beyond-Semiclassical Emitter Dynamics: A Strong-Field Quantum Optical Heisenberg Picture Approach

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.14174v1
• Date: Tue, 16 Dec 2025 08:06:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-17 16:49:26.631984
• Title: High-Order Harmonic Generation with Beyond-Semiclassical Emitter Dynamics: A Strong-Field Quantum Optical Heisenberg Picture Approach
• Title（参考訳）: 半古典的エミッタダイナミクスを用いた高次高調波発生:強磁場光ハイゼンベルク像のアプローチ
• Authors: Christian Saugbjerg Lange, Ella Elisabeth Lassen, Rasmus Vesterager Gothelf, Lars Bojer Madsen,
• Abstract要約: ハイゼンベルク図形における時間進化作用素の摂動展開を正確に制御する。 我々は、量子化電磁場とのカップリングによるエミッタダイナミクスに対する半古典的外的補正を導出する。 一方、光子統計は、多くのエミッター極限における古典的なポアソン分布に近づいた。
• 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: Quantum-optical descriptions of strong-field processes have attracted significant attention in recent years. Typically, the theoretical modeling has been conducted in the Schrödinger picture, where results are only obtainable under certain approximations, while, in contrast, the Heisenberg picture has remained relatively unexplored. In this work, we develop an accurately controlled perturbative expansion of the time-evolution operator in the Heisenberg picture and derive beyond-semiclassical corrections to the emitter dynamics due to the coupling to the quantized electromagnetic field, capturing effects of the quantum fluctuations present in the latter. We focus on high-order harmonic generation (HHG), where the approach is accurate in parameter regimes of current interest and it gives closed-form expressions for key observables. This formulation not only simplifies numerical calculations compared to the Schrödinger-picture approach but also provides a clear correspondence between nonclassical features of the emitted light and the underlying induced dynamics of the generating medium including quantum fluctuations. Moreover, the Heisenberg framework naturally yields scaling relations with the number of independent emitters, enabling us to assess whether nonclassical behavior should persist under typical experimental conditions involving large emitter ensembles. Interestingly, we find that the degree of squeezing increases with the number of emitters, whereas the photon statistics approaches a classical Poissonian distribution in the many-emitter limit. We also find that the beyond-semiclassical emitter dynamics significantly enhances the degree of squeezing of the emitted light. Our work advances the theoretical understanding of quantum-optical HHG and introduces an accessible and well-controlled framework to describe realistic experiments.
• Abstract（参考訳）: 近年,強磁場過程の量子光学的記述が注目されている。 通常、理論モデリングはシュレーディンガー図面において行われ、その結果は特定の近似の下でのみ得られるが、対照的にハイゼンベルク図面は比較的未探索のままである。 本研究では,ハイゼンベルク画像における時間進化作用素の摂動展開を正確に制御し,量子化磁場とのカップリングによるエミッタダイナミクスの超古典的補正を導出し,後者に存在する量子ゆらぎの影響を捉える。 提案手法は,現在興味のあるパラメータ構造において精度の高い高次高調波発生(HHG)に着目し,キーオブザーバブルに対して閉形式表現を与える。 この定式化はシュレーディンガー・ピクチャー法と比較して数値計算を単純化するだけでなく、放射された光の非古典的特徴と量子ゆらぎを含む生成媒体の基底的誘起力学との明確な対応も提供する。 さらに,Heisenbergフレームワークは独立したエミッタ数とのスケーリング関係を自然に生成し,大規模なエミッタアンサンブルを含む典型的な実験条件下での非古典的挙動の持続性を評価する。 興味深いことに、光子統計は、多くのエミッター極限における古典的なポアソン分布に近づくのに対し、エミッターの数は増加する。 また、超古典的エミッタのダイナミクスは発光光のスクイーズ度を著しく向上させることがわかった。 我々の研究は、量子光学的HHGの理論的理解を前進させ、現実的な実験を記述するための、アクセス可能でよく制御されたフレームワークを導入している。

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