論文の概要: First order Maxwell operator formalism for macroscopic quantum electrodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.27475v1
• Date: Sun, 29 Mar 2026 02:18:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-31 23:18:44.976558
• Title: First order Maxwell operator formalism for macroscopic quantum electrodynamics
• Title（参考訳）: マクロな量子電磁力学のための一階マクスウェル作用素の定式化
• Authors: Ishita Agarwal, Ankit Kundu, Christian M. Lange, Jonathan D. Hood,
• Abstract要約: 標準マクロスケールQEDは電場に対する2階グリーン関数に基づいて構築され、開系境界項を破棄する。 我々は、$mathbfE$と$mathbfH$の両方を保持し、量子入力出力形式に導く一階電磁演算子アプローチを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Standard macroscopic QED is built on the second-order Green's function for the electric field and discards open-system boundary terms. Here we develop a first-order electromagnetic operator approach that retains both $\mathbf{E}$ and $\mathbf{H}$ and keeps those boundary terms, naturally leading to a quantum input-output formalism. We recast Maxwell's equations as an operator equation for the dual field $\mathit{E}$=$[\mathbf{E},\mathbf{H}]^T$, whose first-order Green operator $g$ propagates the electromagnetic state between surfaces. Symmetries of the Maxwell operator under energy and reciprocal inner products yield the propagation formula, Lorentz reciprocity, and a generalized optical theorem, with minimal vector calculus. Quantizing via a Heisenberg-Langevin approach for absorptive, dispersive media yields two independent quantum noise sources: bulk Langevin operators from material absorption and input-output field operators at the boundary. Expressing the interior field in terms of these operators and the Green propagator yields an exact closed commutation relation $[{\mathit{E}},{\mathit{E}}^\dagger]\propto \mathrm{Im}\,g$, consistent with the fluctuation-dissipation theorem. This identity holds even when dielectrics extend to the boundary, as in waveguide input-output problems, and enables quantum input-output descriptions of complex photonic structures where the Green's function is obtained numerically, extending the framework beyond cavities and waveguides.
• Abstract（参考訳）: 標準マクロスケールQEDは電場に対する2階グリーン関数に基づいて構築され、開系境界項を破棄する。 ここでは、$\mathbf{E}$と$\mathbf{H}$の両方を保持し、それらの境界項を保持し、自然に量子入出力形式に導く一階電磁作用素アプローチを開発する。 我々はマクスウェルの方程式を双対体 $\mathit{E}$=$[\mathbf{E},\mathbf{H}]^T$ の作用素方程式として再解釈する。 エネルギーおよび相互内積の下でのマクスウェル作用素の対称性は、伝播公式、ローレンツの相互性、および最小ベクトル計算による一般化された光学定理をもたらす。 吸収性のある分散媒体に対するハイゼンベルク・ランゲヴィンのアプローチによる量子化は、物質吸収のバルクランゲヴィン作用素と境界における入力出力場作用素の2つの独立した量子ノイズ源をもたらす。 これらの作用素とグリーンプロパゲータの項で内場を表現することは、ゆらぎ散逸定理と一致する、正確な閉可換関係 $[{\mathit{E}},{\mathit{E}}^\dagger]\propto \mathrm{Im}\,g$ を得る。 このアイデンティティは、導波路入力出力問題のように、誘電体が境界まで伸びたとしても保持し、グリーン関数が数値的に取得される複雑なフォトニック構造の量子入出力記述を可能にし、その枠組みをキャビティや導波路を超えて拡張する。

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