[論文レビュー] Nonclassical light in coupled optical systems: anomalous power distribution, Fock space dynamics and supersymmetry

Ramy El‐Ganainy, Alexander Eisfeld+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2013

Quantum optics and atomic interactions参考文献 18被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、ハミルトニアンの対角化を通じて古典的類似物が存在しない非古典的強度分布を示す、結合された光学系における非古典的光を調査している。Fock空間における干渉的輸送、局在化、Bloch振動を明らかにし、1光子の違いがあるFock多様体間の離散的スーパーシンメトリーを確立することで、光の流れに対する新しい量子制御が可能になる。

ABSTRACT

We investigate the dynamics of nonclassical states of light in coupled optical structures and we demonstrate a number of intriguing features associated with such arrangements. By diagonalizing the system's Hamiltonian, we show that these geometries can support eigenstates having anomalous optical intensity distribution with no classical counterpart. These features may provide new avenues towards manipulating light flow at the quantum level. By projecting the Hamiltonian operator on Hilbert subspaces spanning different numbers of photon excitations, we demonstrate that processes such as coherent transport, state localization and surface Bloch oscillations can take place in Fock space. Furthermore, we show that Hamiltonian representations of Fock space manifolds differing by one photon obey a discrete supersymmetry relation

研究の動機と目的

• 結合された光学的構造における非古典的光の量子ダイナミクスを調査すること。
• 古典的類似物が存在しない非古典的強度分布を特定・特徴付けること。
• Fock空間の部分多様体における干渉的輸送、局在化、Bloch振動を分析すること。
• 1光子の違いがあるFock多様体間の離散的スーパーシンメトリー関係を確立すること。
• 設計された光学系を通じて、光の流れに対する新しい量子制御の道筋を示すこと。

提案手法

• 非古典的強度プロファイルを示す固有状態を特定するため、系のハミルトニアンの対角化。
• 固定された光子数励起状態（Fock部分空間）に対応するヒルベルト部分空間へのハミルトニアンの射影。
• 個々のFock部分空間内での干渉的輸送や局在化などのダイナミクスの分析。
• 周期的駆動またはポテンシャル変調を通じて、Fock空間における表面Bloch振動の調査。
• 1光子の違いがあるFock多様体間の離散的スーパーシンメトリー関係の導出と検証。
• 非古典的状態を有する多モード光子系を記述するための2次量子化形式の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 結合された光学系は、古典的光学では見られない非古典的光状態と異常な強度分布を支持できるか？
• RQ2 多光子状態において、Fock空間での干渉的輸送と局在化はどのように現れるか？
• RQ3 Fock空間における表面Bloch振動は実現可能か？ それらを可能にする条件は何か？
• RQ4 1光子の違いがあるFock多様体を結ぶ離散的スーパーシンメトリーは存在するか？
• RQ5 これらの量子的特徴は、単一光子レベルでの光の制御にどのような意味を持つのか？

主な発見

• ハミルトニアンは、量子干渉ともつれによって生じる古典的類似物が存在しない非古典的強度分布を持つ固有状態を支持する。
• Fock空間において干渉的輸送、局在化、表面Bloch振動が観測され、単一光子領域を越えた量子ダイナミクスが示された。
• 1光子の違いがあるFock空間多様体は、離散的スーパーシンメトリー関係を示し、それらのエネルギー準位と固有状態構造を結びつける。
• このスーパーシンメトリーは、1つの多様体のハミルトニアンが他方の多様体のハミルトニアンと光子数のシフトを除いて等スペクトル的であるという意味で正確である。
• これらの特徴は、ハミルトニアンの基本的構造から生じ、特定の対称性や系構成に対して頑健である。
• これらの結果は、フォトニック格子や結合キャビティにおける量子的光の流れの工学的制御と制御のための新しいメカニズムを示唆する。