論文の概要: Observation of Tunable Superradiant Frequency Combs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.14601v1
• Date: Thu, 16 Apr 2026 04:13:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.716145
• Title: Observation of Tunable Superradiant Frequency Combs
• Title（参考訳）: 波長可変超放射周波数コムの観測
• Authors: Tian Xie, Rikuto Fukumori, Wai-Keong Mok, Jiahui Li, Joonhee Choi, Andrei Faraon,
• Abstract要約: 共振器と結合した量子エミッタを持つキャビティ量子電磁力学は、工学的な光-物質相互作用のための強力なプラットフォームを提供する。 放射体間の量子干渉から生じる超放射は、超安定連続放射線への経路として研究されている。 本稿では,周期的パルス超放射波位相が集団からどのように出現するかを解明する,駆動散逸キャビティ-QEDモデルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.901711081262737
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Cavity quantum electrodynamics (QED) with quantum emitters coupled to resonators provides a powerful platform for engineering light-matter interactions and exploring collective phenomena. In particular, superradiance, arising from collective quantum interference among emitters, has been explored as a route to ultrastable continuous radiation. However, engineering superradiance in the time domain to realize periodic pulsed sources or frequency combs remains largely unexplored. Here, we investigate the non-equilibrium many-body dynamics of a driven spin ensemble coupled to an on-chip superconducting resonator and uncover a dynamical phase transition from continuous-wave to periodic pulsed superradiant emission. To quantitatively capture the observed dynamical phases, we introduce a driven-dissipative cavity-QED model that elucidates how the periodic pulsed superradiant phase emerges from collective, periodically repeating spin dynamics stabilized by the interplay of coherence growth, disorder, and dissipation. We also find that rare-earth ion spin systems exhibiting both optical and microwave transitions enable phase-synchronized, dual-rail superradiant frequency combs in both the microwave and optical domains. Our results not only open new avenues for dual-rail frequency-comb applications in quantum metrology and information processing, but also establish a fundamental connection between periodic pulsed superradiance and the emergence of a continuous time crystal as a novel nonequilibrium phase in driven open systems.
• Abstract（参考訳）: 共振器と結合した量子エミッタを持つキャビティ量子電磁力学(QED)は、光-物質相互作用を工学し、集合現象を探索する強力なプラットフォームを提供する。 特に、放射体間の集団量子干渉から生じる超放射は、超安定連続放射線への経路として研究されている。 しかし、周期的なパルス源や周波数コムを実現するための時間領域の工学的超放射能はほとんど探索されていない。 本稿では、オンチップ超伝導共振器に結合した駆動スピンアンサンブルの非平衡多体ダイナミクスについて検討し、連続波から周期パルス超放射光への動的相転移を明らかにする。 観測された動力学的位相を定量的に捉えるため, 周期パルス超ラジカル相が集団からどのように出現するかを解明する駆動散逸キャビティ-QEDモデルを導入し, コヒーレンス成長, 障害, 散逸の相互作用により周期的に繰り返しスピンダイナミクスを安定化させる。 また、光学遷移とマイクロ波遷移の両方を示す希土類イオンスピン系は、マイクロ波ドメインと光ドメインの両方において位相同期およびデュアルレールスーパーラジアント周波数コムを可能にすることも見出した。 本研究の結果は, 量子メートル法および情報処理におけるデュアルレール周波数コム適用のための新たな道を開くだけでなく, 周期的パルス超放射光と連続時間結晶の出現とを, 駆動型オープンシステムにおける新しい非平衡相としての基礎的接続を確立するものである。

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