論文の概要: Computational framework for non-Markovian multi-emitter dynamics beyond the single-excitation limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.02741v1
• Date: Fri, 03 Apr 2026 05:23:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-06 17:20:24.33208
• Title: Computational framework for non-Markovian multi-emitter dynamics beyond the single-excitation limit
• Title（参考訳）: 単励起極限を超える非マルコフ的マルチエミッタダイナミクスの計算フレームワーク
• Authors: Hyunwoo Choi, Weng Cho Chew, Dong-Yeop Na,
• Abstract要約: 二励起多様体内の非マルコフ量子電磁力学をモデル化するためのグリーン関数ベースのフレームワークを提案する。 貯水池を統合する従来のアプローチとは異なり、フォトニック振幅を明示的に保持することで結合微分方程式のマルコフ的階層を構築する。 数値実験として、構造化半無限導波路環境における非マルコフ原子-場相互作用について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1979851857700952
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: While non-Markovian dynamics have been extensively studied in the single-excitation limit to predict non-trivial phenomena, this regime remains an idealization. Moving beyond it is essential, as optical nonlinearities and phase-error accumulation in multi-photon processes render the Markovian approximation fragile. In this work, we present a Green's function-based framework for modeling non-Markovian multi-emitter quantum electrodynamics within the two-excitation manifold. The modified Langevin noise (M-LN) formalism is employed for first-principles treatment of dissipative environments, while the emitter-centered mode (ECM) framework ensures computational tractability. Unlike conventional approaches that integrate out the reservoir, we construct a non-Markovian hierarchy of coupled differential equations by explicitly retaining photonic amplitudes. Within the two-excitation hierarchy, the formulation preserves total probability and retains phase information necessary to capture multi-photon interference. As numerical demonstrations, we investigate non-Markovian atom-field interactions in structured semi-infinite waveguide environments. We first consider a homogeneous waveguide as a baseline, observing enhanced Bell-state fidelity in selected configurations. Next, we examine collective decay of symmetric Dicke states in a waveguide with an embedded lossy dielectric slab, revealing selective stabilization and delayed excitation transfer induced by the structured reservoir. Finally, we analyze entanglement dynamics in the same setting, highlighting entanglement sudden birth and oscillatory revivals. In principle, the framework applies to arbitrary electromagnetic environments for which the dyadic Green's function can be obtained numerically, providing a versatile tool for investigating complex non-Markovian multi-photon phenomena beyond the single-excitation limit.
• Abstract（参考訳）: 非マルコフ力学は非自明な現象を予測するための単一励起極限において広く研究されているが、この状態は依然として理想化のままである。 光学的非線形性と多光子過程における位相エラーの蓄積がマルコフ近似の脆弱さを生じさせるため、それを超えて進むことが不可欠である。 本研究では、2つの励起多様体内の非マルコフ的マルチエミッタ量子電磁力学をモデル化するためのグリーン関数ベースのフレームワークを提案する。 改良型Langevinノイズ(M-LN)形式は、散逸環境の第一原理処理に使用され、エミッタ中心モード(ECM)フレームワークは計算的トラクタビリティを保証する。 貯水池を統合する従来のアプローチとは異なり、フォトニック振幅を明示的に保持することで結合微分方程式のマルコフ的階層を構築する。 2つの励起階層の中では、定式化は総確率を保ち、多光子干渉を捉えるのに必要な位相情報を保持する。 数値実験として、構造化半無限導波路環境における非マルコフ原子-場相互作用について検討する。 まず、均一導波路をベースラインとみなし、選択した構成のベル状態の忠実度を観察する。 次に, 誘電体スラブを埋め込んだ導波管内における対称ディック状態の集団崩壊について検討し, 構造された貯留層によって誘導される選択的安定化と遅延励起移動を明らかにした。 最後に, 同じ環境下での絡み合いのダイナミクスを解析し, 絡み合いが突然発生し, 振動が回復することを明らかにする。 原則として、このフレームワークは、ディヤド・グリーンの関数が数値的に得られる任意の電磁環境に適用され、単励起限界を超える複雑なマルコフ的でない多光子現象を研究するための汎用的なツールを提供する。

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