論文の概要: Emergence of nonclassical radiation in strongly laser-driven quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.23156v1
- Date: Mon, 29 Dec 2025 02:38:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.38089
- Title: Emergence of nonclassical radiation in strongly laser-driven quantum systems
- Title（参考訳）: 強レーザー駆動量子系における非古典的放射の発生
- Authors: Ivan Gonoskov, Christian Hünecke, Stefanie Gräfe,
- Abstract要約: 我々は、高次高調波発生における非古典性の出現を捉えた、強い光-物質相互作用の完全量子的、解析的に取り得る理論を導入する。
本研究は、強磁場量子光学の包括的基盤を確立し、センシング、通信、フォトニック量子情報処理のためのテーブルトップ量子光源への新たな道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nonclassical light sources are central to emerging quantum technologies, yet current platforms offer limited tunability and typically operate at low photon numbers. In parallel, strong-field physics provides widely tunable, bright coherent radiation through high-order harmonic generation (HHG), but its quantum optical character has remained largely unexplained. While recent experiments have revealed signatures of entanglement, squeezing, and quantum-state modification in both the driving and generated fields, a unified theoretical framework capable of identifying the origin and controllability of these effects has been missing. Here we introduce a fully quantum, analytically tractable theory of intense light-matter interaction that rigorously captures the emergence of nonclassicality in HHG. Our approach employs a parametric factorization of the coupled electron-field system into a driven electronic state and a dynamically perturbed quantum optical field, derived directly from the time-dependent Schrödinger equation without requiring conditioning, homodyne detection, or mode-selection techniques. We show how quantum correlations, squeezing, and Wigner-function negativity arise intrinsically from the interaction dynamics, and we identify the precise conditions under which specific nonclassical features are amplified or suppressed. The theory enables predictive design of bright, high-photon-number quantum states at tunable frequencies, and we demonstrate its utility by outlining realistic conditions for generating bright nonclassical ultraviolet light. Our results establish a comprehensive foundation for strong-field quantum optics and open new avenues toward tabletop quantum light sources for sensing, communication, and photonic quantum information processing.
- Abstract（参考訳）: 非古典的な光源は新興量子技術の中心であるが、現在のプラットフォームでは調整性は限られており、通常は低い光子数で動作する。
平行して、強磁場物理学は高次高調波発生(HHG)を通して広く調整可能な明るいコヒーレント放射を提供するが、その量子光学特性はほとんど説明されていない。
最近の実験では、駆動と生成の両方の領域における絡み合い、スクイーズング、量子状態の修正のサインが明らかにされているが、これらの効果の起源と制御性を識別できる統一された理論的枠組みが欠落している。
ここでは、HHGにおける非古典性の出現を厳密に捉えた、完全に量子的で分析的に抽出可能な光-物質相互作用の理論を導入する。
提案手法では、結合電子場系のパラメトリック分解を駆動電子状態と動的摂動量子場とし、条件付けやホモダイン検出、モード選択を必要とせず、時間依存シュレーディンガー方程式から直接導出する。
我々は、相互作用力学から量子相関、スクイーズ、ウィグナー関数の負性性がどのように生ずるかを示し、特定の非古典的特徴が増幅または抑制される正確な条件を特定する。
この理論は、波長可変の明るい高光度量子状態の予測設計を可能にし、明るい非古典的紫外光を生成する現実的な条件を概説することによって、その実用性を実証する。
本研究は、強磁場量子光学の包括的基盤を確立し、センシング、通信、フォトニック量子情報処理のためのテーブルトップ量子光源への新たな道を開く。
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