嵌入负折射率材料中两个原子的集体动力学与纠缠

我们研究了嵌入一对超材料板（一个具有负磁导率，另一个具有负介电常数）界面附近的两个二能级原子的动力学。该界面表现为由表面等离极化激元模式组成的等离激元波导。发现等离子体场与原子的共振耦合和非共振耦合会产生显著不同的动力学。在共振耦合情况下，等离子体场对原子而言并非耗散库。我们采用镜像法，表明两个原子的动力学完全等价于四原子系统的动力学。此外，存在两个阈值耦合强度，一个对应于等离子体场与两原子系统对称模式的耦合强度，另一个对应于反对称模式。这些阈值区分了演化的非马尔可夫（记忆保持）和马尔可夫（无记忆）区域，在其中可观察到记忆效应和纠缠演化的不同时间尺度。马尔可夫区域的特征是指数衰减，而非马尔可夫区域对概率幅演化的贡献为正弦振荡。解预测了在演化的马尔可夫和非马尔可夫两种区域中，由等离子体场介导的庞大且长寿命的纠缠。我们还表明，可能出现演化的马尔可夫和非马尔可夫同时存在的区域，其中记忆效应在有限演化时间内存在。在原子与等离子体场非共振耦合的情况下，原子通过交换虚光子相互作用，导致对应于两个原子耦合到共同库的动力学。此外，在非共振耦合下纠缠显著增强。