論文の概要: Constructing mode-resolved quantum optical models for emitters in photonic crystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.12603v1
- Date: Tue, 14 Jul 2026 10:26:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-15 17:08:30.117916
- Title: Constructing mode-resolved quantum optical models for emitters in photonic crystals
- Title（参考訳）: フォトニック結晶におけるエミッタのモード分解量子光学モデルの構築
- Abstract要約: 量子光学格子記述を導出するための構築的枠組みを導入する。
本手法は, 対象光子分散を再現する最小の対称性を持つ格子ハミルトニアンを生成する。
この結果は、古典的電磁シミュレーションツールと量子光学多体モデリングと非マルコフモデリングの実践的な橋渡しとなる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.277885003866466
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recent advances are enabling quantum emitters to interact with photonic crystals, whose electromagnetic modes exhibit complex dispersion relations, spatial mode structure, and polarization textures. However, modeling light-matter behavior in these systems faces a persistent trade-off: electromagnetic approaches based on Maxwell-equation solvers provide realistic vectorial descriptions but are difficult to integrate with quantum many-body and non-perturbative methods, whereas simplified quantum-optical lattice models are tractable but typically rely on scalar and spatially independent light-matter couplings that miss essential features of these structured photonic environments. Here, we introduce a constructive framework to derive quantum-optical lattice descriptions that overcome this trade-off. Combining symmetry-constrained tight-binding constructions with numerically computed photonic band structures and field profiles, our method yields minimal, symmetry-enforced lattice Hamiltonians that reproduce the target photonic dispersion while retaining the mode-resolved (position- and polarization-dependent) structure of the light-matter coupling. We show that these models recover Green's-function-based emitter dynamics in the perturbative regime, while providing access to non-perturbative quantum dynamical simulations beyond emitter-only descriptions. As a proof of principle, we apply the framework to a two-dimensional photonic crystal and show that it captures polarization-dependent directional emission inaccessible to scalar models, while enabling the analysis of non-Markovian light-matter dynamics and entanglement. Our results provide a practical bridge between classical electromagnetic simulation tools and quantum-optical many-body and non-Markovian modeling in photonic crystal settings.
- Abstract（参考訳）: 近年の進歩は、電磁モードが複雑な分散関係、空間モード構造、偏光テクスチャを示すフォトニック結晶との相互作用を可能にする。
マクスウェル方程式に基づく電磁的アプローチは、現実的なベクトル的記述を提供するが、量子多体および非摂動的手法と統合することは困難である。
本稿では,このトレードオフを克服する量子光学格子記述を導出するための構築的枠組みを提案する。
本手法は, 対称性に制約のある強結合構造と数値計算されたフォトニックバンド構造とフィールドプロファイルを組み合わせることで, 光物質結合のモード分解(位置依存性および偏光依存性)構造を維持しつつ, 対象光ニック分散を再現する最小限の対称性強化格子ハミルトニアンを生成する。
これらのモデルは、摂動状態におけるグリーン関数に基づくエミッタダイナミクスを回復し、エミッタのみの記述を超えた非摂動量子力学シミュレーションへのアクセスを提供する。
原理の証明として、この枠組みを二次元フォトニック結晶に適用し、非マルコフ光物質力学と絡み合いの解析を可能にしながら、スカラーモデルに到達できない偏光依存性の指向性放出を捉えることを示す。
この結果は,古典的電磁シミュレーションツールと量子光学的多体モデリングとフォトニック結晶設定における非マルコフモデリングの実践的ブリッジを提供する。
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