在超强耦合中使用量子轨迹揭示高阶光与物质能量交换

开放量子系统的动力学通常用主方程建模，其描述实验的期望结果（即同一动力学多次实现的均值）。量子轨迹则建模理想单次实验的结果——例如由于自发辐射导致的完美探测器的“咔嗒”声。与表征开放量子系统波函数突变的随机事件相关的量子跳跃的正确描述，对量子轨迹的定义至关重要。在本文中，我们通过在该 regime 中适当定义跳跃算符，将量子轨迹的形式体系推广到光与物质之间具有超强耦合（USC）的开放量子系统。在此类系统中，奇异的高阶量子态与能量转移可在不守恒系统总激发数的情况下发生。此类USC系统的发射场带有这些高阶过程的印记，并与较低耦合强度下的类似过程显著不同。值得注意的是，发射统计必须在单量子轨迹层面获取，因为这些过程的印记会被主方程的“平均”所抹除。我们分析了所选择的unravelling（即如何收集系统输出场）对量子轨迹的影响，并表明这些高阶USC过程的影响可通过构建探测到的量子跳跃的直方图在实验中揭示。我们通过分析双原子被单光子激发[Garziano等人，Phys. Rev. Lett. 117, 043601 (2016)]来阐明这些思想。例如，量子轨迹揭示，追踪原子的量子跳跃可重构单光子与双原子之间的振荡，以及双原子之间出现的Rabi振荡。