論文の概要: Beyond ideal cavities: quantifying the impact of cavity dissipation on light-matter strong coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.04534v1
• Date: Sat, 03 Oct 2026 14:03:39 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2026-10-06 21:41:19.271859
• Title: Beyond ideal cavities: quantifying the impact of cavity dissipation on light-matter strong coupling
• Title（参考訳）: 理想的なキャビティを超えたキャビティ:キャビティ散逸の影響の定量化
• Abstract要約: パウリ・フィエルツ・ハミルトニアンに最小限の拡張を導入し、実験で利用できるキャビティ品質因子Qを通したキャビティ散逸を考慮に入れた。 p-ニトロアニリン分子の光スペクトルに及ぼすキャビティ散逸の影響を検討した。
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• Abstract: Cavity Quantum Electrodynamics (Cavity-QED) offers a powerful framework for controlling light-matter interactions, yet first-principles approaches commonly assume ideal, lossless cavity fields. Here, we introduce a minimal extension to the Pauli-Fierz Hamiltonian that accounts for cavity dissipation through the experimentally accessible cavity quality factor Q. The electromagnetic field is described as a damped harmonic oscillator within the very weak damping approximation. In this framework, cavity losses only enter the light-matter interaction and dipole self-energy terms, without introducing additional photonic degrees of freedom. A time-dependent unitary transformation yields a real-valued Hermitian Hamiltonian that can be incorporated into existing ab-initio QED methods without additional computational cost or changes in scaling. We combined the approach to the QED-CCSD method and investigated the effects of cavity dissipation on the optical spectrum of a p-nitroaniline molecule under strong light-matter coupling. We found that, for realistic quality factors, cavity dissipation can reduce the Rabi splitting by more than 20% compared to the ideal-cavity limit, even though the system remains in the strong-coupling regime. Convergence towards the ideal-cavity limit then requires substantially higher quality factors than those needed to establish strong coupling. These results demonstrate that cavity dissipation can significantly affect polaritonic energetics and highlight the importance of incorporating experimentally realistic cavity losses into quantitative ab-initio Cavity-QED simulations to accurately guide experimental protocols.
• Abstract（参考訳）: キャビティ量子力学(Cavity Quantum Electrodynamics, Cavity-QED)は、光-物質相互作用を制御する強力なフレームワークを提供するが、第一原理のアプローチは理想的で損失のない空洞場を前提としている。 ここでは、実験的にアクセス可能な空洞品質因子Qによる空洞の散逸を考慮に入れたパウリ・フィエルツ・ハミルトニアンへの最小限の拡張を紹介し、電磁場は、非常に弱い減衰近似の中で減衰調和振動子として記述される。 この枠組みでは、空洞の損失は光物質相互作用と双極子自己エネルギー項にのみ入っており、追加のフォトニック自由度を導入することはない。 時間依存のユニタリ変換は、計算コストやスケーリングの変化を伴わずに既存のab-initio QEDメソッドに組み込むことができる実数値のエルミート・ハミルトニアンをもたらす。 我々はQED-CCSD法へのアプローチを組み合わせ, 強い光-物質結合下でのp-ニトロアニリン分子の光スペクトルに及ぼすキャビティ散逸の影響を検討した。 その結果, 空洞の散逸は, 密結合状態にあるにもかかわらず, 理想キャビティ限界よりも20%以上小さくなることがわかった。 理想的なキャビティ限界への収束は、強い結合を確立するために必要なものよりもはるかに高い品質の要素を必要とする。 これらの結果は, キャビティの散逸が偏光エネルギーに大きく影響することを示し, 実験プロトコルを正確にガイドするために, 実験的に現実的なキャビティ損失を定量的なキャビティ-QEDシミュレーションに組み込むことの重要性を強調した。

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