原子系综中超级辐射双光子发射的微观起源
原子系综的超辐射双光子发射为产生高度关联的量子光提供了有效途径,但其微观物理起源尚未得到完全理解。特别是,集体增强效应、自发发射和真空涨落如何在一个自洽的框架内共同导致配对双光子生成与不可避免的非配对背景噪声,这一问题往往缺乏清晰解释。本研究在统一的海森堡-朗之万-麦克斯韦框架内提出了完全量子化的微观理论,明确纳入耗散与量子噪声,从而揭示了原子系综中超辐射双光子发射的微观起源。该理论在开放量子系统框架内统一描述了参量增益与非配对噪声,适用于无多普勒效应的冷原子系综和多普勒展宽的热原子蒸气。在高光学厚度条件下,耦合传播方程可获得解析解,此时双光子动力学严格等效于集体双能级发射过程。在此极限下,研究证明双光子关联时间与光谱特性遵循由光学厚度和激发态退相干决定的闭合标度关系。该工作建立了超辐射双光子生成的统一微观图像,阐明了真空涨落与耗散在决定原子双光子源亮度、配对效率和时域结构中的根本作用,对量子网络和原子量子接口具有直接指导意义。
量科快讯
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