論文の概要: Collectively pumped superradiant laser with coherence scaling beyond the standard quantum limit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.05976v1
- Date: Wed, 04 Nov 2026 05:09:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-11-06 03:25:57.949612
- Title: Collectively pumped superradiant laser with coherence scaling beyond the standard quantum limit
- Title（参考訳）: 標準量子限界を超えるコヒーレンススケーリングを有する集合励起超放射レーザー
- Abstract要約: ハイゼンベルク極限は、二次拡張である$mathfrakC$である。
本稿では,FATレーザーモデルについて紹介する。
我々は、フィードバック制御された集団ポンピングにより、バッドキャビティ限界の光周波数超放射レーザーが1つのモデルを実現することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: For more than half a century, the standard quantum limit (SQL) was thought to limit the laser coherence $\mathfrak{C}$ -- the number of photons emitted from the laser into the beam in one coherence time -- to a scaling $Θ(μ^2)$, where $μ$ is the mean number of optical-frequency excitations stored inside the laser. However, recently it has been shown [Baker et al., Nat. Phys. 17, 179 (2021)] that the Heisenberg limit -- an achievable ultimate limit set by quantum mechanics for the task of producing a beam with the standard properties of a laser beam -- is $\mathfrak{C}=Θ(μ^4)$, a quadratic enhancement. So far, proposals to demonstrate beyond-SQL scaling of $\mathfrak{C}$ have been limited to circuit QED, at microwave frequencies (i.e., a maser). Here, we introduce a class of generalized far-above-threshold (FAT) laser models, obtained by replacing the ordinary bosonic lowering operator $\hat{a}$ by a general lowering operator $\hat{L}$ in the superoperators appearing in the master equation that governs the FAT laser dynamics. We then show that an optical-frequency superradiant laser in the bad-cavity limit, with feedback-controlled collective pumping, realizes one such model, in which $\hat{L}$ is identified with the collective superradiant lowering operator $\hat{J}$. This model can surpass the SQL scaling, with the coherence exhibiting a scaling as large as $\mathfrak{C}= Θ(μ^{8/3})$ in the optimal parameter regime. Here, in the bad-cavity limit, $μ\approx N/2$, where $N$ is the number of superradiant atoms.
- Abstract（参考訳）: 半世紀以上にわたって、標準量子限界(SQL)は、レーザーコヒーレンス$\mathfrak{C}$ -- レーザーから1コヒーレンス時間でビームに放出される光子の数 -- を、レーザー内部に蓄積される光周波数励起の平均値であるスケール$(μ^2)$ - に制限すると考えられていた。
しかし、近年、[Baker et al , Nat. Phys. 17, 179 (2021)] は、レーザービームの標準特性を持つビームを生成するために量子力学によって設定された達成可能な究極の極限であるハイゼンベルク極限が、二次的な拡張である$\mathfrak{C}=(μ^4)$であることを示した。
これまでのところ、$\mathfrak{C}$のSQLを超えるスケーリングを実証する提案は、マイクロ波(メーザー)の回路QEDに限られている。
ここでは、FATレーザー力学を支配するマスター方程式に現れるスーパー演算子において、通常のボゾン下降演算子 $\hat{a}$ を一般下降演算子 $\hat{L}$ に置き換えて得られる一般化遠方スレッショルド(FAT)レーザーモデルについて紹介する。
次に、フィードバック制御された集団ポンピングによるバッドキャビティ限界における光周波数超放射光レーザーが、その1つのモデルを実現することを示し、そこでは、$\hat{L}$が集合超放射光下降演算子$\hat{J}$と同一視される。
このモデルはSQLのスケーリングを超越し、コヒーレンスは最適なパラメータ体系において$\mathfrak{C}= >(μ^{8/3})$のスケーリングを示す。
ここで、バッドキャビティ極限において、$μ\approx N/2$、$N$は超ラジカル原子の数である。
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