論文の概要: Deterministic multiphoton bundle emission via interference-interaction control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15605v1
- Date: Fri, 17 Apr 2026 01:08:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-20 22:00:19.692041
- Title: Deterministic multiphoton bundle emission via interference-interaction control
- Title（参考訳）: 干渉-相互作用制御による決定論的多光子束放出
- Authors: Jing Tang, Yuangang Deng,
- Abstract要約: 3つの原子からなるキャビティQEDシステムにおいて、プログラム可能な数光子放出のための干渉干渉工学的手法を提案する。
2光子純度では3次高次化,3光子発光では2次高次化を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.104525618451057
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The controlled generation of nonclassical light beyond single photons remains a central challenge in quantum optics, due to the difficulty of enhancing multiphoton processes while suppressing lower-order excitations. Here we propose an interference-interaction-engineered scheme for programmable few-photon emission in a cavity-QED system of three atoms coupled to orthogonal cavity modes. By adiabatically eliminating an auxiliary Fabry-Pérot cavity, we generate a tunable cavity-mediated spin-exchange interaction $χ$, which, combined with a controllable geometric phase $φ$, reshapes the many-body dressed-state spectrum. This interplay enables selective addressing of excitation manifolds ($N=1,2,3$), establishing a direct mapping between excitation structure and photon-emission channels. For $φ=0$, constructive interference enhances the spectral anharmonicity of low-excitation manifolds, yielding tunable single- and two-photon emission associated with the $N=1$ and $N=2$ manifolds. In contrast, for $φ=2π/3$, destructive interference suppresses lower-order excitation pathways and activates a resonant three-photon channel originating from the $N=3$ manifold. Importantly, the cavity-mediated interaction $χ$ further enhances spectral separation between manifolds, enabling a substantial improvement in multiphoton purity while maintaining a sizable photon population. We demonstrate a three-order-of-magnitude enhancement in two-photon purity and more than two orders of magnitude improvement in three-photon emission. Our results establish a unified interference-interaction framework in which effective optical nonlinearities can be programmably engineered through phase and interaction, providing a scalable route toward high-purity multiphoton sources and programmable quantum photonic devices.
- Abstract（参考訳）: 単一光子を超える非古典的な光の制御は、低次の励起を抑えながら多光子過程の強化が困難であるため、量子光学において中心的な課題である。
本稿では,直交キャビティモードに結合した3つの原子からなるキャビティ-QEDシステムにおいて,プログラム可能な数光子放出のための干渉干渉処理方式を提案する。
補助的なファブリ・ペロー空洞を断熱的に除去することにより、調整可能な空洞を介するスピン交換相互作用を$$とすることで、制御可能な幾何位相を$φ$と組み合わせることで、多体装身状態スペクトルを再評価する。
この相互作用は励起多様体(N=1,2,3$)の選択的アドレッシングを可能にし、励起構造と光子放出チャネルを直接マッピングする。
φ=0$ に対して、構成的干渉は低励起多様体のスペクトルアンハーモニック性を高め、$N=1$ および $N=2$ 多様体に付随するチューニング可能な単光子と2光子放出を与える。
対照的に、$φ=2π/3$の場合、破壊的干渉は低次の励起経路を抑制し、$N=3$多様体に由来する共鳴三光子チャネルを活性化する。
重要なことに、空洞を媒介とする相互作用は、多様体間のスペクトル分離をさらに強化し、巨大光子集団を維持しながら多光子純度を大幅に向上させる。
2光子純度では3次高次化,3光子発光では2次高次化を示す。
本研究は、高純度多光子源やプログラム可能な量子フォトニクスデバイスへのスケーラブルな経路を提供するため、位相と相互作用によって効果的な光非線形性をプログラム的に設計できる統合された干渉-相互作用フレームワークを構築した。
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