结构化非线性光子波导中的长程四体相互作用

超越线性光学材料的多光子动力学在量子信息处理中具有重要的基础和技术意义。然而，在非线性波导量子电动力学（QED）中，这一领域在很大程度上仍未得到探索。在这项工作中，我们理论提出了一种存在交错光子-光子相互作用的结构化非线性波导，该波导支持双光子束缚态（即空间束缚的光子对态）的两个带隙分支。与线性波导QED系统相比，我们确定了对其动力学演化的两个重要贡献，即单光子束缚态（SPBS）和双光子束缚态（DBS）。最值得注意的是，即使在SPBS干扰的情况下，非线性波导也能介导两个发射器对之间的长程四体相互作用。通过适当设计系统参数，我们可以实现仅由DBS中的虚双光子介导的高保真四体拉比振荡。我们的发现为将结构化非线性波导QED应用于多体量子信息处理和远程站点间的量子模拟铺平了道路。