亚波长原子阵列的多激发散射
量子物理
2025-09-23 v1 原子物理
摘要
亚波长原子阵列是工程光-物质相互作用的领导平台，使我们能够实现近乎完美的单光子镜像和基于长寿命暗自振波的稳健量子存储。然而，针对其非线性、多激发动力学的完整理论仍是一个重大挑战。我们提出了统一的量子散射理论，将光子和集体原子自旋波视为不同空间维度上可传播的独立激发态进行描述。我们的核心结果是一种强大的分析化简：我们展示，完整的多信道 S 矩阵及其相关散射截面，仅由原子自旋波子空间内的有效散射动力学完全决定。这将复杂的光子-原子相互作用问题映射到仅涉及原子模式的概念上更简单的问题。我们将该形式化方法用于双激发情形，推导出两级非线性系统的完整 S 矩阵和散射截面。我们的工作为分析和工程大规模原子系统中的复杂量子非线性现象（包括多激发亚辐射）提供了一种通用分析工具。
引用
@article{arxiv.2509.17148,
title = {Multi-excitation scattering in subwavelength atomic arrays},
author = {Yidan Wang and Oriol Rubies-Bigorda and Valentin Walther and Susanne F. Yelin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.17148},
year = {2025}
}