波导 QED 中含延迟与时间延迟反馈的量子光-物质相互作用建模：矩阵乘积态与空间离散化波导模型之比较
量子物理
2021-04-14 v1
摘要
我们提出两种用于建模波导 QED 系统中非马尔可夫量子光-物质相互作用的方法，分别基于矩阵乘积态（MPSs）与空间离散化波导（SDW）模型。在阐述两种方法的通用理论与实现后，我们针对波导 QED 中三个热点问题直接对二者进行比较与对照，包括（i）耦合到无限（一维）波导的两能级系统（TLS），（ii）耦合到带时间延迟相干反馈的终止波导的 TLS，以及（iii）在无限波导内耦合的两个空间分离 TLS。两种方法均被证明可高效建模高度非马尔可夫区中的多光子非线性动力学，我们指出了这些方法在建模波导 QED 相互作用时的优缺点，包括其在 Python 中的实现、计算运行时间以及概念理解的难易程度。我们既探究了真空动力学，也探究了强光学泵浦区，其中弱激发近似无法适用。MPS 方法在建模多光子动力学与长延迟时间时扩展性更好，并显式包含了非马尔可夫记忆效应。相比之下，SDW 模型通过空间离散化计入非马尔可夫效应，并求解马尔可夫运动方程，但严格包含了延迟效应。该 SDW 模型基于量子光学中近期碰撞图像的推广，通过量子轨迹技术求解，并可更便捷地加入额外耗散过程，包括片外衰减与 TLS 纯退相。这些过程的影响在反馈诱导的布居俘获以及空间分离 TLS 间的纠缠上被直接展示。
引用
@article{arxiv.2011.12205,
title = {Modelling quantum light-matter interactions in waveguide-QED with retardation and a time-delayed feedback: matrix product states versus a space-discretized waveguide model},
author = {Sofia Arranz Regidor and Gavin Crowder and Howard Carmichael and Stephen Hughes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.12205},
year = {2021}
}