单光子下转换作为多体局域化的探针
量子物理
2023-02-22 v1 介观与纳米尺度物理
超导电性
摘要
粒子衰变为更多粒子是相互作用量子系统的普遍现象，发生于对撞机、核反应堆或固体中。在非线性介质中，即便单光子也会以下转换（分裂）为总能量相同的低频光子的方式衰变，其速率由费米黄金规则给出。然而，若介质有限且只支持量子化模式，能量守恒条件便无法精确匹配。此时，光子的归宿成为多体局域化（MBL）这一长期问题，其最初被构想为关于局限于量子点中的单个费米液体准粒子寿命的思想实验。此处我们利用超导多模腔实现该实验，其非线性被剪裁以强烈违背光子数守恒。所产生的相互作用试图将单光子激发转换为一阵低能光子，却因 MBL 机制而失败，该机制表现为腔驻波模频率处多粒子共振的显著谱精细结构。每一共振被鉴别为辐射的多体态，由宽频率范围的光子组成，且不服从费米黄金规则理论。我们的结果引入了一个无需控制许多原子或量子比特即可探索 MBL 基础的新平台。
引用
@article{arxiv.2203.17186,
title = {Down-conversion of a single photon as a probe of many-body localization},
author = {Nitish Mehta and Roman Kuzmin and Cristiano Ciuti and Vladimir E. Manucharyan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.17186},
year = {2023}
}