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物理学 > 光学

arXiv:2508.00465 (physics)
[提交于 2025年8月1日 ]

标题: 光子介导的相互作用和复杂光子环境中相干驱动量子发射器的动力学

标题: Photon-mediated interactions and dynamics of coherently driven quantum emitters in complex photonic environments

Authors:Alberto Miguel-Torcal, Alejandro González-Tudela, F. J. García-Vidal, Antonio I. Fernández-Domínguez
摘要: 近年来,基于对电磁自由度进行迹运算的Born-Markov主方程已被广泛用于描述源自量子发射体集合中光子介导相互作用的量子光学现象。 这些基于假设(如集合谱均匀性、无结构的光子态密度和弱光-物质耦合)构建的有效模型的失效,也最近引起了广泛关注。 在此,我们研究了这一已建立的框架在最常规且广泛研究的自发辐射配置之外的准确性。 具体而言,我们考虑了一个由两个相干驱动且失谐的量子发射体组成的系统,该系统嵌入在一个由金属纳米棒集成到高折射率介质微谐振器中的混合光子-等离激元腔中。 该结构中的光子态局部密度表现出复杂的频率依赖性,使其成为超越上述假设探索光子介导相互作用的有力平台。 我们将这种建模方法应用于发射体对的量子动力学,与基于宏观场量子化形式的精确计算进行对比,提供了其在显著结构化和色散光子环境中的有效性说明性评估。 我们的分析揭示了四种不同的激光驱动和频率分裂区域,这些区域导致有效模型的准确性明显不同。
摘要: In recent years, Born-Markov master equations based on tracing out the electromagnetic degrees of freedom have been extensively employed in the description of quantum optical phenomena originating from photon-mediated interactions in quantum emitter ensembles. The breakdown of these effective models, built on assumptions such as ensemble spectral homogeneity, an unstructured photonic density of states, and weak light-matter coupling, has also recently attracted considerable attention. Here, we investigate the accuracy of this well-established framework beyond the most conventional, and extensively explored, spontaneous emission configuration. Specifically, we consider a system comprising two coherently driven and detuned quantum emitters, embedded within a hybrid photonic-plasmonic cavity, formed by a metallic nanorod integrated into a high-refractive-index dielectric microresonator. The local density of photonic states in this structure exhibits a complex frequency dependence, making it a compelling platform for exploring photon-mediated interactions beyond the assumptions above. We benchmark this modeling approach for the quantum dynamics of the emitter pair against exact calculations based on a macroscopic field quantization formalism, providing an illustrative assessment of its validity in significantly structured and dispersive photonic environments. Our analysis reveals four distinct regimes of laser driving and frequency splitting that lead to markedly different levels of accuracy in the effective model.
主题: 光学 (physics.optics) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2508.00465 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2508.00465v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.00465
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Alberto Miguel [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 8 月 1 日 09:38:07 UTC (2,375 KB)
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