論文の概要: Phase diagram of lasing under correlated pump from GPU-accelerated Truncated Wigner dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.10075v1
• Date: Mon, 10 Aug 2026 18:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-12 19:14:45.770978
• Title: Phase diagram of lasing under correlated pump from GPU-accelerated Truncated Wigner dynamics
• Title（参考訳）: GPU加速駆動ウィグナーダイナミクスによる相関ポンプ下のラシングの位相図
• Authors: Oksana Chelpanova, Martino Stefanini, Michael O'Keeffe, Jamir Marino,
• Abstract要約: 超放射光レーザーは、空洞場ではなく、原子媒体に光コヒーレンスを格納する。 局所的な励起は、原子番号$N$と線形に成長する速度でコヒーレント光を発生させ、光子リコイルを通して媒体を加熱する。 完全な集合ポンプは、このスケーリングを除去するが、放出を部分的コヒーレンスに制限する。 N$2準位原子鎖上の空間相関ポンプを用いてこれらの限界を補間する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11666234644810893
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superradiant (SR) lasers store optical coherence in the atomic medium rather than the cavity field, but the incoherent drive that sustains inversion imposes a trade-off: local pumping yields coherent light at a rate that grows linearly with the atom number $N$, heating the medium through photon recoil, whereas fully collective pumping removes this scaling but limits the emission to partial coherence. We interpolate between these limits employing a spatially correlated pump on a chain of $N$ two-level atoms, with rates decaying with distance between atoms as a power law of exponent $α$. To study systems beyond the reach of exact solutions, we employ the Truncated Wigner Approximation (TWA), whose independent trajectories are ideally suited to GPU parallelism. Harnessing this, we perform a full scan of the steady-state observables for up to $10^4$ atoms at a computational cost that is practical. Our findings indicate that ultra-narrow emission persists for all $α$, while the coherence improves as the pump becomes shorter ranged, with $g^{(2)} \to 1$ surviving at least down to $α\approx 1$, indicating that fully coherent light thus does not require local pumping. The drive strength needed for lasing is reduced by a factor $N^{1-α}$ for $α< 1$, and by $\log N$ as $α\to 1$, parametrically suppressing recoil heating; notably, $α= 1$ matches the far-field envelope of dissipative couplings in free space. The correlation range of the pump thus acts as a knob trading drive intensity, and the heating it causes, against optical coherence.
• Abstract（参考訳）: スーパーラジアント(SR)レーザーは、キャビティフィールドではなく、原子媒体に光コヒーレンスを格納するが、インバージョンを維持する非コヒーレントドライブはトレードオフを課す: 局所ポンプは、原子番号$N$と線形に成長する速度でコヒーレント光を発生させ、光子リコイルを介して媒体を加熱する。 N$2準位原子鎖上の空間相関ポンプを用いてこれらの制限を補間し、指数$α$の力則として原子間距離で崩壊する。 正確な解の範囲を超えてシステムを研究するために、GPU並列性に理想的に適合する独立軌跡を持つTrncated Wigner Approximation (TWA) を用いる。 これに対して、我々は、計算コストで最大10^4$の原子で定常観測器のフルスキャンを行う。 以上の結果から, ポンプの寿命が短くなるにつれて, 完全コヒーレント光が局部ポンプを必要とせず, 最低でも$g^{(2)} \to 1$が$α\approx 1$まで持続し, 完全コヒーレント光は局部ポンプを必要としないことが明らかとなった。 洗浄に必要な駆動強度は、$N^{1-α}$ for $α<1$, $\log N$ as $α\to 1$, parametrically suppressing recoil heating; 特に、$α=1$は、自由空間における散逸結合の遠場包絡と一致する。 したがって、ポンプの相関範囲はノブのトレーディング駆動強度として作用し、光コヒーレンスに対して加熱する。

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