无损耗纳米光学与磁介质腔量子电动力学的量子准正模理论

纳米尺度腔量子电动力学（cQED）架构的演进速度空前,为理论带来了关键挑战,其中来自非Perturbative扰化 matter by cavity electric and magnetic fields以及系统根本非厄米特性的量子动力学必须在不作显著近似的情况下加以处理。光子、等离子或磁性纳米结构的有损电磁共振模式被描述为准正模（QNMs），其属性和与量子发射器和自旋量子比特的相互作用是理解无损耗纳米光学和磁介质cQED的核心。尽管近期在QNMs量子化方面取得了进展,但尚无普遍接受的通用方法可实现任意线性介质的QNM量子化。本文提出了一种统一的理论框架,基于宏观量子电动力学和复杂坐标变换,实现了对广泛的空间非均匀、无损耗（可能具有增益组件）和色散的线性、磁介质共振器的QNM量子化。复杂坐标变换等效地将辐射损耗转换为非辐射材料损耗,通过一种反映共振器所有损耗的适当变换,我们定义了创造和湮灭算子,以构建场-扰化 matter 的联合激发 Fock 态。通过直接解决磁介质cQED中模态损耗的细节,本方法使我们能够探索利用介质、等离子、磁性或混合cQED架构的现代量子纳米光学实验,为无需诉求于 ad hoc 量子化方案即可对室温量子纳米光子技术进行严格评估。