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  Dynamics of many-body photon bound states in chiral waveguide QED

Mahmoodian, S., Calajó, G., Chang, D. E., Hammerer, K., & Sørensen, A. S. (2020). Dynamics of many-body photon bound states in chiral waveguide QED. Physical Review X, 10:. doi:10.1103/PhysRevX.10.031011.

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基本情報

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アイテムのパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0006-C14E-9 版のパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0006-C152-3
資料種別: 学術論文

ファイル

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:
1910.05828.pdf (プレプリント), 2MB
ファイルのパーマリンク:
https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0006-C150-5
ファイル名:
1910.05828.pdf
説明:
File downloaded from arXiv at 2020-07-23 09:57
OA-Status:
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公開
MIMEタイプ / チェックサム:
application/pdf / [MD5]
技術的なメタデータ:
著作権日付:
-
著作権情報:
-
:
PhysRevX.10.031011.pdf (出版社版), 696KB
ファイルのパーマリンク:
https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0006-C151-4
ファイル名:
PhysRevX.10.031011.pdf
説明:
Open Access
OA-Status:
閲覧制限:
公開
MIMEタイプ / チェックサム:
application/pdf / [MD5]
技術的なメタデータ:
著作権日付:
-
著作権情報:
-

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作成者

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 作成者:
Mahmoodian, Sahand1, 著者
Calajó, Giuseppe, 著者
Chang, Darrick E., 著者
Hammerer, Klemens1, 著者           
Sørensen, Anders S., 著者
所属:
1Laser Interferometry & Gravitational Wave Astronomy, AEI-Hannover, MPI for Gravitational Physics, Max Planck Society, ou_24010              

内容説明

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キーワード: Quantum Physics, quant-ph, Physics, Optics, physics.optics
 要旨: We theoretically study the few- and many-body dynamics of photons in chiral
waveguides. In particular, we examine pulse propagation through a system of $N$
two-level systems chirally coupled to a waveguide. We show that the system
supports correlated multi-photon bound states, which have a well-defined photon
number $n$ and propagate through the system with a group delay scaling as
$1/n^2$. This has the interesting consequence that, during propagation, an
incident coherent state pulse breaks up into different bound state components
that can become spatially separated at the output in a sufficiently long
system. For sufficiently many photons and sufficiently short systems, we show
that linear combinations of $n$-body bound states recover the well-known
phenomenon of mean-field solitons in self-induced transparency. For longer
systems, however, the solitons break apart through quantum correlated dynamics.
Our work thus covers the entire spectrum from few-photon quantum propagation,
to genuine quantum many-body (atom and photon) phenomena, and ultimately the
quantum-to-classical transition. Finally, we demonstrate that the bound states
can undergo elastic scattering with additional photons. Together, our results
demonstrate that photon bound states are truly distinct physical objects
emerging from the most elementary light-matter interaction between photons and
two-level emitters. Our work opens the door to studying quantum many-body
physics and soliton physics with photons in chiral waveguide QED.

資料詳細

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言語:
 日付: 2019-10-132020-05-072020
 出版の状態: 出版
 ページ: Updated with new results. 14 pages plus supplementary material
 出版情報: -
 目次: -
 査読: -
 識別子(DOI, ISBNなど): arXiv: 1910.05828
DOI: 10.1103/PhysRevX.10.031011
URI: http://arxiv.org/abs/1910.05828
 学位: -

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出版物 1

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出版物名: Physical Review X
  省略形 : Phys. Rev. X
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: New York, NY : American Physical Society
ページ: - 巻号: 10 通巻号: 031011 開始・終了ページ: - 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): その他: 2160-3308
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/2160-3308