结构浴中巨型原子的超强动力学与方向性辐射

与非线性色散波导耦合的量子发射器显示出丰富的量子动力学，具有实现非平凡非马尔可夫量子模型的潜力。最近的工程化光子环境进展现在允许实现具有可调色散的离散-site 波导，然而大多数波导量子电动力学实现仍受限于局部 qubit-波导耦合。我们研究了介质非局域耦合到高阻抗耦合腔阵列 (CCA) 的 transmon qubit，从而在结构光子环境中实现\emph{巨型原子}。非局域耦合产生与 CCA 模态的干涉，选择性增强与偶数和长波长模态的相互作用，同时抑制与奇数和短波长模态的耦合。对于子集对称的长波长模态，我们达到了超强耦合 regime。在该 regime 中，原子参与比率的测量揭示了在与 qubit 最大耦合频率处强烈混合的本征模态，几乎等同于强烈降低的 qubit 参与比率，符合理论。时域测量的 qubit 动力学显示出与单模 Jaynes--Cummings 模型明显偏离，表现为模-模相互作用的出现。通过破坏 CCA 的空间反演对称性，qubit 派生受限于 qubit 左侧或右侧的 dress 本征模态，我们利用这一点实现并表征了方向性光子辐射协议。这些结果表明我们对结构光子环境中的多模光-物质相互作用实现了精确控制。