Transiciones de fase disipativa en resonadores cuánticos no lineales impulsados ​​por fotones $ n $

Transiciones de fase disipativa en resonadores cuánticos no lineales impulsados ​​por fotones $ n $

Marca de tiempo: 7 de noviembre de 2023 7:20 a. M.

Fabrizio Minganti1,2, Vincenzo Savona1,2y Alberto Biella3

1Instituto de Física, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suiza
2Centro de Ciencia e Ingeniería Cuánticas, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suiza
3Centro Pitaevskii BEC, CNR-INO y Dipartimento di Fisica, Università di Trento, I-38123 Trento, Italia

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Resumen

Investigamos y caracterizamos la aparición de transiciones de fase disipativas (DPT) de componentes finitos en resonadores de fotones no lineales sujetos a conducción y disipación de fotones $ n $. Explotando un enfoque semiclásico, obtenemos resultados generales sobre la aparición de DPT de segundo orden en esta clase de sistemas. Mostramos que para todos los $n$ impares, no puede ocurrir ninguna DPT de segundo orden, mientras que, para $n$ pares, la competencia entre no linealidades de orden superior determina la naturaleza de la criticidad y permite que surjan DPT de segundo orden solo para $n$. n=2$ y $n=4$. Como ejemplos fundamentales, estudiamos la dinámica cuántica completa de resonadores Kerr disipativos impulsados ​​por tres y cuatro fotones, lo que confirma la predicción del análisis semiclásico sobre la naturaleza de las transiciones. También se analiza la estabilidad del vacío y los plazos típicos necesarios para acceder a las diferentes fases. También mostramos un DPT de primer orden donde surgen múltiples soluciones en torno a números cero, bajos y altos de fotones. Nuestros resultados resaltan el papel crucial que desempeñan las simetrías $fuerte$ y $débil$ en el desencadenamiento de comportamientos críticos, proporcionando un marco de Liouvillian para estudiar los efectos de procesos no lineales de alto orden en sistemas disipativos impulsados, que se pueden aplicar a problemas de detección cuántica. y procesamiento de información.

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Imagen de portada: Un boceto del resonador Kerr disipativo impulsado por fotones de $n$ (izquierda). Según la paridad de $n$ y la simetría subyacente del sistema, puede tener lugar una transición de fase disipativa de primer o segundo orden, como se muestra en los esquemas de la derecha. En el caso de una transición de primer orden, el vacío permanece metaestable para valores arbitrarios de la amplitud de excitación.

Resumen popular

Las transiciones de fase son omnipresentes en la naturaleza. Pueden ser desencadenados por fluctuaciones térmicas que compiten con la minimización de energía, lo que lleva a cambios abruptos en las propiedades termodinámicas del sistema. En los sistemas cuánticos, las transiciones de fase pueden ocurrir incluso a temperatura cero, donde se caracterizan por un cambio abrupto del estado fundamental del sistema a medida que se varía un parámetro. Este concepto es válido incluso cuando un sistema cuántico se aleja del equilibrio térmico e interactúa con su entorno. Lo que distingue a estas transiciones de fase disipativa es que múltiples factores compiten para determinar la fase del sistema: campos impulsores, disipación e interacciones. En este contexto, persisten numerosas preguntas esenciales, incluido cómo y si se pueden observar las transiciones de fase disipativa y el papel de los campos impulsores y la disipación en la determinación de sus características. En nuestro trabajo, estudiamos la física de resonadores cuánticos disipativos no lineales, un modelo paradigmático en este campo. Motivados por los recientes avances tecnológicos en la ingeniería y control de esta clase de sistemas, consideramos mecanismos de conducción y disipación que inyectan y disipan un número específico $n$ de fotones. Derivamos las condiciones generales sobre las cuales surgen las transiciones de fase disipativa y describimos sus características principales a través de un análisis cuántico completo. Mostramos cómo el tipo de conducción y disipación, y en particular el número de fotones $n$, determinan la naturaleza de la transición y resaltamos el papel que desempeñan las simetrías subyacentes del sistema en la determinación de sus propiedades críticas. Nuestros hallazgos tienen importancia tanto para el avance del conocimiento fundamental como para el desarrollo de tecnologías de información cuántica que se basan en resonadores cuánticos no lineales.

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Citado por

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[4] Dragan Marković y Mihailo Čubrović, “Caos y transporte anómalo en una cadena semiclásica de Bose-Hubbard”, arXiv: 2308.14720, (2023).

[5] Guillaume Beaulieu, Fabrizio Minganti, Simone Frasca, Vincenzo Savona, Simone Felicetti, Roberto Di Candia y Pasquale Scarlino, “Observación de transiciones de fase disipativa de primer y segundo orden en un resonador Kerr impulsado por dos fotones”, arXiv: 2310.13636, (2023).

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-11-12 00:43:45). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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