统一的光-物质Floquet理论及其在量子通信中的应用

周期驱动的量子系统可展现出大量引人注目的非平衡现象，这些现象可利用Floquet理论进行分析。自然地，Floquet理论被用于描述原子与强激光场相互作用的动力学。然而，这种半经典分析无法解释依赖于光的量子化特性的量子光学现象。本文中，我们通过将Floquet理论与量子光学在全计数统计框架下统一，迈出了超越原子-光子耦合系统半经典描述的重要一步。这是通过引入追踪光子动力学的计数场实现的。我们称之为“光子分辨Floquet理论”(PRFT)的这一形式体系，基于两点层析测量，而非标准全计数统计中使用的两点投影测量。引人注目的是，PRFT预测当原子与多模电磁场相互作用时会产生宏观的光-物质纠缠，从而导致原子子系统在Floquet态基上完全退相干。这种退相干在光频 regime 中发生迅速，但在射频 regime 中可忽略不计。因此，我们的结果为高效量子存储器和量子操作的设计铺平了道路。最后，利用PRFT，我们提出了一种量子通信协议，其性能可比最先进的少光子协议优两个数量级或更好。PRFT有可能为包括光谱学、热力学、量子计量和量子模拟在内的各种Floquet设置提供见解。