纳米腔中偶极量子位的超快单光子干涉
研究团队系统研究了不同几何结构的等离子体纳米腔中单个偶极子发射器的稳态光谱特性,但对于激发态偶极子在纳米腔近场产生单光子的相干动力学过程仍缺乏深入认知。该工作通过构建洛伦兹核函数近似方法,求解描述单激发态下偶极子-光子耦合动力学的含时薛定谔方程,填补了这一空白。该方法基于宏观量子电动力学理论推导出的非马尔可夫记忆核,精确表征了纳米腔场的宽频特性。以金属纳米球附近的二能级偶极子体系为例,研究人员发现:在强耦合状态下,单光子概率密度会随时间演化从初始局域于量子比特频率的源态转变为拉比双峰态,其转变时标由核函数频谱决定。这种动力学转变过程伴随着频率-时间域单光子干涉图样的形成,其相干传播时程受核函数频谱形状限制,约为100-150飞秒——该时域范围可通过超快光谱技术观测。研究还表明,通过调控相干脉冲的光谱带宽驱动纳米腔场,可有效操控耦合体系的稳态光谱特性:当使用窄于核函数频谱的单光子脉冲时,强耦合体系中的拉比分裂现象可被完全消除。文中讨论了该成果在其他偶极子-纳米腔构型中的普适性,并建立了纳米腔强耦合的普适性判据。
