Transitions de phase dissipatives dans des résonateurs non linéaires quantiques pilotés par $n$-photons

Transitions de phase dissipatives dans des résonateurs non linéaires quantiques pilotés par $n$-photons

Horodatage: 7 novembre 2023, 7 h 20

Fabrizio Minganti1,2, Vincenzo Savone1,2, et Alberto Biella3

1Institut de physique, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suisse
2Centre de sciences et d'ingénierie quantiques, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suisse
3Centre Pitaevskii BEC, CNR-INO et Dipartimento di Fisica, Università di Trento, I-38123 Trento, Italie

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Abstract

Nous étudions et caractérisons l'émergence de transitions de phase dissipatives (DPT) à composantes finies dans les résonateurs de photons non linéaires soumis à la conduite et à la dissipation de photons $n$. En exploitant une approche semi-classique, nous obtenons des résultats généraux sur l'apparition de DPT de second ordre dans cette classe de systèmes. Nous montrons que pour tout $n$ impair, aucune DPT de second ordre ne peut se produire tandis que, pour $n$ pair, la compétition entre non-linéarités d'ordre supérieur détermine la nature de la criticité et permet à des DPT de second ordre d'émerger uniquement pour $ n=2$ et $n=4$. À titre d'exemples clés, nous étudions la dynamique quantique complète des résonateurs Kerr dissipatifs à trois et quatre photons, confirmant la prédiction de l'analyse semi-classique sur la nature des transitions. La stabilité du vide et les délais typiques nécessaires pour accéder aux différentes phases sont également discutés. Nous montrons également un DPT de premier ordre où plusieurs solutions émergent autour de nombres de photons nuls, faibles et élevés. Nos résultats mettent en évidence le rôle crucial joué par les symétries $strong$ et $faible$ dans le déclenchement de comportements critiques, fournissant un cadre Liouvillien pour étudier les effets des processus non linéaires d'ordre élevé dans les systèmes pilotés-dissipatifs, qui peut être appliqué aux problèmes de détection quantique. et le traitement de l'information.

Dissipative phase transitions in $n$-photon driven quantum nonlinear resonators PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Image en vedette : Un croquis du résonateur Kerr $n$-dissipatif piloté par photons (à gauche). Selon la parité de $n$ et la symétrie sous-jacente du système, une transition de phase dissipative du premier ou du deuxième ordre peut avoir lieu, comme le montrent les schémas de droite. Dans le cas d'une transition du premier ordre, le vide reste métastable pour des valeurs arbitraires de l'amplitude d'entraînement.

Résumé populaire

Les transitions de phase sont omniprésentes dans la nature. Ils peuvent être déclenchés par des fluctuations thermiques entrant en compétition avec la minimisation de l'énergie, entraînant des changements brusques dans les propriétés thermodynamiques du système. Dans les systèmes quantiques, les transitions de phase peuvent se produire même à température nulle, où elles sont caractérisées par un changement brusque de l'état fondamental du système lorsqu'un paramètre varie. Ce concept reste vrai même lorsqu’un système quantique s’éloigne de l’équilibre thermique et interagit avec son environnement. Ce qui rend ces transitions de phase dissipatives distinctives, c'est que plusieurs facteurs entrent en compétition pour déterminer la phase du système : champs moteurs, dissipation et interactions. Dans ce contexte, de nombreuses questions essentielles persistent, notamment comment et si les transitions de phase dissipatives peuvent être observées et le rôle des champs moteurs et de la dissipation dans la détermination de leurs caractéristiques. Dans nos travaux, nous étudions la physique des résonateurs quantiques non linéaires et dissipatifs – un modèle paradigmatique dans ce domaine. Motivés par les récentes avancées technologiques dans l'ingénierie et le contrôle de cette classe de systèmes, nous considérons des mécanismes de pilotage et de dissipation qui injectent et dissipent un nombre spécifique $n$ de photons. Nous dérivons les conditions générales dans lesquelles émergent les transitions de phase dissipatives et décrivons leurs principales caractéristiques à travers une analyse quantique complète. Nous montrons comment le type d'entraînement et de dissipation, et en particulier le nombre de photons $n$, déterminent la nature de la transition et mettons en évidence le rôle que jouent les symétries sous-jacentes du système dans la détermination de ses propriétés critiques. Nos résultats sont importants à la fois pour l’avancement des connaissances fondamentales et pour le développement de technologies de l’information quantique reposant sur des résonateurs quantiques non linéaires.

► Données BibTeX

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Cité par

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