量子准正态模式理论在耗散纳米光学与磁电介质腔量子电动力学中的应用

腔量子电动力学(cQED)中纳米尺度架构前所未有的发展速度对理论提出了关键挑战,其中需要在不进行显著近似的情况下处理由腔体电场和磁场对物质的非微扰修饰产生的量子动力学,以及系统固有的非厄米特性。光子、等离子体或磁子纳米结构的有损电磁共振被描述为准正规模式(QNMs),其特性及与量子发射器和自旋量子比特的相互作用是理解耗散纳米光学和磁电cQED的核心。尽管近期在构建QNM的完全量子框架方面取得进展,但针对任意线性介质的QNM量子化通用方法仍未确立。该研究团队提出基于宏观QED和复坐标变换的统一理论框架,实现了对空间非均匀、耗散(可能含增益成分)且色散的线性磁电谐振器的QNM量子化。复坐标变换将辐射损耗有效转化为非辐射材料耗散,并通过反映谐振器所有损耗的恰当变换,定义了允许构建场修饰物质联合激发模态福克态的创生湮灭算子。该工作通过直接解决磁电cQED全量子理论中模态损耗的复杂性,为利用电介质、等离子体、磁性或混合cQED架构的现代量子纳米光学实验研究开辟道路,并无需借助特设量子化方案即可严格评估室温量子纳米光子技术。

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