論文の概要: Photon statistics in chiral waveguide QED: I Mean field and perturbative expansions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.04591v1
• Date: Wed, 04 Mar 2026 20:37:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-06 22:06:10.972309
• Title: Photon statistics in chiral waveguide QED: I Mean field and perturbative expansions
• Title（参考訳）: キラル導波路QEDにおける光子統計:I 電場と摂動膨張
• Authors: M. Eltohfa, F. Robicheaux,
• Abstract要約: カイラル導波路のセットアップでは、量子状態はヒルベルト空間全体を通して進化する。 完全反転状態から2次コヒーレンスの開始を捉えるには, 4次平均場近似が必要であることを示す。
• 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: Waveguide Quantum Electrodynamics (WQED) offers a suitable stage for controlling the interaction of light with atoms, allowing for collective phenomena such as super- and subradiance. In a chiral waveguide setup, the quantum state evolves through all the Hilbert space, rendering an exact theoretical treatment exponentially hard and unobtained to date for more than $\sim 20$ atoms. In this work, we use a computationally efficient higher order mean-field approximation to model the radiation dynamics in a chirally coupled array of atoms, showing good agreement with recent experimental results. Further, based on a perturbative approximation of the full dynamics, we develop an analytical solution that captures photon statistics for a moderate atom number, $N$, and a homogeneous atom-waveguide coupling, $β$. Finally, we show that capturing the onset of second-order coherence from a fully inverted state requires a fourth-order mean-field approximation, as lower-order treatments fail to account for the necessary four-body correlations. These results illustrate the complex behavior of a symmetry-lacking system, and the methods discussed here provide systematic analytical solutions to which semi-classical methods such as the cumulant expansion or the truncated Wigner approximation can be benchmarked.
• Abstract（参考訳）: 導波管量子力学(WQED)は、光と原子との相互作用を制御するのに適した段階を提供し、スーパー放射やサブ放射のような集合現象を可能にする。 カイラル導波路のセットアップでは、量子状態はヒルベルト空間全体を通して進化し、正確に理論的な処理を指数関数的に硬くし、現在までに$\sim 20$ 以上の原子に対して到達していない。 本研究では、計算効率の良い高次平均場近似を用いて、冷却結合された原子配列の放射動力学をモデル化し、最近の実験結果とよく一致することを示す。 さらに、フルダイナミクスの摂動近似に基づいて、中間原子数$N$と同質原子-導波路結合$β$の光子統計を捉える解析解を開発した。 最後に, 完全反転状態から2次コヒーレンスを捕捉するには, 4次平均場近似が必要であることを示す。 これらの結果は対称性ラッキングシステムの複雑な挙動を示し、ここで議論した手法は、累積展開やトランケートされたウィグナー近似などの半古典的手法をベンチマークできる体系的解析解を提供する。

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