超导量子超材料中非经典光子态的生成

我们报道了对可在超导量子超材料中实现的多种非经典光子态的理论研究。作为超导量子超材料的一个具体例子，将研究嵌入低耗散传输线（谐振腔）中的 SQUID 阵列。该系统将被建模为一组与谐振腔光子强相互作用的二能级系统（量子比特）。我们预测并分析了光子的非相干（高温相）与相干（低温相）态之间的二阶（一阶）相变。在平衡态下，腔内电磁场（EF）的配分函数 $Z$ 由有效作用量 $S_{eff}\{P(\tau)\}$ 决定，而该有效作用量又依赖于光子场的虚时相关动量 $P(\tau)$。我们证明，该相变的序参量是使整个系统有效作用量最小化的 $P_{0}(\tau)$。在非相干态中，序参量 $P_{0}(\tau)=0$，但在低温下我们得到以 $P_{0}(\tau)$ 非零值为特征的各种相干态。这种相变在许多方面类似于派尔斯金属-绝缘体相变和金属-超导体相变。该相变的临界温度 $T^\star$ 由二能级系统的能级劈裂 $\Delta$、阵列中 SQUID 的数量 $N$ 以及 SQUID 与腔内光子之间的相互作用强度 $\eta$ 决定。