論文の概要: Accurate Modeling of Rydberg Atoms and Their Interactions: Theory and Implementation in PairInteraction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.14993v1
- Date: Thu, 14 May 2026 15:55:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-15 21:45:34.928092
- Title: Accurate Modeling of Rydberg Atoms and Their Interactions: Theory and Implementation in PairInteraction
- Title（参考訳）: Rydberg原子の正確なモデリングと相互作用:対相互作用の理論と実装
- Authors: Johannes Mögerle, Frederic Hummel, Alicia Keil, Tangi Legrand, Eduard J. Braun, Henri Menke, Jonathan King, Beatriz Olmos, Sebastian Hofferberth, Hans Peter Büchler, Sebastian Weber,
- Abstract要約: ライドバーグ原子は強い相互作用を持つ量子系を探索するための強力なプラットフォームを提供する。
我々は、Rydberg原子とその相互作用に関する統一的な理論的枠組みを示す。
私たちはこのフレームワークをオープンソースソフトウェアの更新版[Weber et al., J.Phys.B50]で実装しています。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0302258295258577
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Rydberg atoms provide a powerful platform for exploring strongly interacting quantum systems, both in free space and in structured electromagnetic environments, with growing applications in quantum technology. Accurately modeling their single-atom properties and mutual interactions is essential for interpreting experiments and designing new architectures. We present a unified theoretical framework for Rydberg atoms and their interactions based on multi-channel quantum defect theory (MQDT) and static electromagnetic Green's tensors. MQDT provides a precise description of Rydberg states of divalent atoms such as strontium and ytterbium, while the Green's tensor formalism provides a general and flexible approach for calculating interactions between two Rydberg atoms in arbitrary geometries, including modifications induced by nearby surfaces. We implement this framework in an updated version of the open-source PairInteraction software [Weber et al., J.~Phys.~B~50 (2017)]. The implementation leverages high-performance libraries and achieves speedups of one order of magnitude for pair-potential calculations compared to prior software. We demonstrate the capabilities of the framework through example applications to divalent atoms and show excellent agreement with experimental data for an exemplary Stark map of $^{174}$Yb. The modular software architecture enables the community to extend it further.
- Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子は、自由空間と構造化電磁環境の両方において、強く相互作用する量子システムを探求するための強力なプラットフォームを提供する。
実験を解釈し、新しいアーキテクチャを設計するためには、それらの単一原子の性質と相互相互作用を正確にモデル化することが不可欠である。
本稿では,マルチチャネル量子欠陥理論(MQDT)と静電磁気グリーンテンソルに基づくRydberg原子とその相互作用の統一理論フレームワークを提案する。
MQDTは、ストロンチウムやイッテルビウムのような2価原子のリドベルク状態の正確な記述を提供する一方、グリーンのテンソル形式は、近傍表面によって誘導される修正を含む任意の幾何学における2つのリドベルク原子間の相互作用を計算する一般的な柔軟なアプローチを提供する。
我々はこのフレームワークを,オープンソースのPairInteractionソフトウェア [Weber et al , J.~Phys.~B~50 (2017)] の更新バージョンで実装する。
この実装は高性能ライブラリを活用し、従来のソフトウェアに比べて1桁の高速化を実現している。
本稿では、二価原子への例の適用を通してフレームワークの能力を実証し、模範的なスタークマップである$^{174}$Ybに対する実験データとの良好な一致を示す。
モジュール化されたソフトウェアアーキテクチャにより、コミュニティはそれをさらに拡張できる。
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