非均匀原子系综波导量子电动力学的输入输出理论

我们研究了波导量子电动力学中出现的集体效应，其中多个（人工）原子耦合到一维超导传输线。由于单个微波光子可以沿传输线无损耗地传播很长距离，一个原子发射的真实光子和虚光子可以被第二个原子重新吸收或散射。取决于原子间的距离，这种集体效应可导致超辐射和亚辐射，或原子间产生相干交换型相互作用。改变人工原子的跃迁频率（这对于超导量子比特即二能级人工原子而言易于实现）等效于改变原子间距，从而开启了研究这些集体效应特性的可能性。为了研究该波导量子电动力学系统，我们扩展了先前的工作，提出了一个适用于由相干态驱动的非均匀原子系综的有效主方程。利用输入输出理论，我们在解析上和数值上计算了弹性和非弹性散射，并展示了这些量如何揭示有关集体效应的信息。这些理论结果与最近使用耦合到一维超导传输线的 transmon 量子比特的实验结果相容 [A.~F.~van Loo 等人]。