[論文レビュー] Non-equilibrium phase transition in driven-dissipative nonlinear cavity arrays
本稿は、相互作用する光子を有する非線形キャビティアレイにおける駆動・散逸系の非平衡相転移を調査する。平均場的手法を用いて、モット絶縁体に類似した相からスーパーフルイド相への転移を示し、光子の損失率が高いほど臨界トンネル率が増加することを明らかにした。相転移は初期状態の準備に強く依存せず、キャビティ放射の2次相関により、熱化を要せずして相図の決定が可能である。
We analyze the non-equilibrium dynamics of a gas of interacting photons in an array of coupled dissipative nonlinear cavities driven by a pulsed external coherent field. Using a mean-field approach, we show that the system exhibits a phase transition from a Mott-insulator-like to a superfluid regime. For a given single-photon nonlinearity, the critical value of the photon tunneling rate at which the phase transition occurs increases with the increasing photon loss rate. We checked the robustness of the transition by showing its insensitivity to the initial state prepared by the the pulsed excitation. We find that the second-order coherence of cavity emission can be used to determine the phase diagram of an optical many-body system without the need for thermalization.
研究の動機と目的
- 相互作用する光子を有する結合非線形キャビティ系における非平衡相転移を調査すること。
- 熱的平衡に達しない状態において、モット絶縁体に類似した相からスーパーフルイド相への相転移が発生する条件を特定すること。
- パルス励起による初期状態の違いに対して、相転移がどれほど頑健であるかを評価すること。
- 熱化を要せず、光学多体系の相図を特定するための2次相関を用いる可能性を検討すること。
提案手法
- 駆動・散逸する非線形キャビティアレイの非平衡ダイナミクスをモデル化するために平均場手法を用いる。
- 系はパルス外部コherent場によって駆動され、非平衡状態を模倣する。
- 光子トンネルと1光子非線形性が、系を支配する有効ハミルトニアンの主要パラメータである。
- 光子損失率を系統的に変化させ、相転移の臨界トンネル率に与える影響を調査する。
- 系の位相を特徴付けるために、キャビティ放射の2次相関を計算する。
- パルス励起による初期状態を変化させることで、相転移の頑健性をテストする。
実験結果
リサーチクエスチョン
- RQ1駆動・散逸する非線形キャビティアレイに相互作用する光子が存在する場合、どのような非平衡相転移が発生するか？
- RQ2光子損失率は、モット絶縁体からスーパーフルイドへの相転移の臨界トンネル率にどのように影響するか？
- RQ3パルス励起による異なる初期状態に対して、相転移は頑健か？
- RQ4キャビティ放射の2次相関は、熱化を要せずして相図を特定するための信頼できるプローブとして機能するか？
主な発見
- パルス励起条件下で、系はモット絶縁体に類似した相からスーパーフルイド相への非平衡相転移を示す。
- 相転移の臨界光子トンネル率は、光子損失率が高くなるほど増加する。
- パルス励起による初期状態の違いに関わらず、相転移は頑健に維持される。
- キャビティ放射の2次相関は、熱化を要せずして相図をマッピングする信頼性の高い手法を提供する。
- 相転移は、平均場的枠組みにおいて、光子トンネル、非線形性、散逸の相乗作用によって支配される。
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