腔量子电动力学的准经典建模

我们通过 Meyer-Miller-Stock-Thoss (MMST) 动力学对与多模腔耦合的 $N$ 个二能级系统(TLSs)建模，采样电子与光子的零点能(ZPEs)并在 Wigner 相空间中传播独立轨迹。通过考察单个 TLS 的基态稳定性，我们利用 MMST 动力学分别研究电子 ZPE 效应(其朴素地导致电子基态破坏)与光子 ZPE 效应(其朴素地导致自发吸收)。相比之下，同时包含两种效应(即采样电子与光子 ZPE)导致电子基态的动力学稳定性。因此，MMST 动力学提供了一种识别自相互作用与真空涨落贡献的实用途径。更重要的是，我们发现 MMST 动力学能在高饱和极限下准确预测电子布居与电磁场强度的量子动力学。对于腔中单个 TLS，MMST 动力学正确预测了自发辐射的初始指数衰减、Poincaré 回归以及自发发射速率的位置依赖性。对于初始仅一个 TLS 受激的 $N$ 个等间距 TLS 阵列，MMST 动力学正确预测了自发发射速率随 TLS 间距变化的修正。最后，MMST 动力学还正确模拟了 Dicke 超辐射与亚辐射(即所有 TLS 初始均受激时的动力学)，包含对延迟时间的正确量子统计(通过计数轨迹获得，而完整量子模拟难以实现)。因此，本工作提出了用超越平均场理论的方法模拟大规模集体光-物质相互作用的可能性。