量子科技中心_量科网

波导量子电动力学（WQED）为调控光-物质相互作用及实现超辐射/亚辐射等集体现象提供了强大框架。在一般波导体系中，量子动力学过程会覆盖整个希尔伯特空间，这使得精确理论处理的难度呈指数级增长，目前尚无通用解决方案，仅有少数模型存在精确解析解。受最新实验启发，该研究团队在保持光学厚度4Nβ恒定的前提下，令原子数N→∞且均匀原子-波导耦合强度β→0，从而处理该体系的热力学极限。在此极限下，二阶平均场方法具有精确性，可解析求解从完全粒子数反转出发的手性及对称构型中波导发射光子的统计特性。研究表明：当N→∞时，自由空间发射趋近于独立原子系综行为；但在约1.59倍单原子寿命的特殊时间节点前，波导发射会随光学厚度增加呈现指数级增强的超辐射现象。超过该时间节点后，波导发射则转变为亚辐射特征。该工作还揭示：当N趋近∞时，手性体系中波导发射速率的初始脉冲涨落会逐渐衰减，而在对称体系中则完全消失。同时，等时二阶关联函数退化为平庸结果，这表明观测二阶相干性必须考虑有限尺寸效应。值得注意的是，突破热力学极限需要更高阶平均场方法。这些研究成果系统阐释了对称与非对称体系中有限/无限原子集体效应的本质差异。