Transições de fase dissipativas em ressonadores quânticos não lineares acionados por fótons $n$

Transições de fase dissipativas em ressonadores quânticos não lineares acionados por fótons $n$

Carimbo de data / hora: 7 de novembro de 2023 7h20

Fabricio Minganti1,2, Vincenzo Savona1,2e Alberto Biella3

1Instituto de Física, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suíça
2Centro de Ciência e Engenharia Quântica, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suíça
3Pitaevskii BEC Center, CNR-INO e Dipartimento di Fisica, Università di Trento, I-38123 Trento, Itália

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Sumário

Investigamos e caracterizamos o surgimento de transições de fase dissipativa de componentes finitos (DPTs) em ressonadores de fótons não lineares sujeitos à condução e dissipação de fótons $n$. Explorando uma abordagem semiclássica, derivamos resultados gerais sobre a ocorrência de DPTs de segunda ordem nesta classe de sistemas. Mostramos que para todos os $n$ ímpares, nenhum DPT de segunda ordem pode ocorrer enquanto, para $n$ pares, a competição entre não-linearidades de ordem superior determina a natureza da criticidade e permite que DPTs de segunda ordem surjam apenas para $n$. n=2$ e $n=4$. Como exemplos fundamentais, estudamos a dinâmica quântica completa de ressonadores Kerr dissipativos acionados por três e quatro fótons, confirmando a previsão da análise semiclássica sobre a natureza das transições. A estabilidade do vácuo e os prazos típicos necessários para acessar as diferentes fases também são discutidos. Também mostramos um DPT de primeira ordem onde múltiplas soluções emergem em torno de números de fótons zero, baixos e altos. Nossos resultados destacam o papel crucial desempenhado pelas simetrias $fortes$ e $fracas$ no desencadeamento de comportamentos críticos, fornecendo uma estrutura Liouvilliana para estudar os efeitos de processos não lineares de alta ordem em sistemas dissipativos acionados, que pode ser aplicada a problemas de detecção quântica. e processamento de informações.

Transições de fase dissipativas em ressonadores quânticos não lineares acionados por fótons $n$ PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

Imagem em destaque: Um esboço do ressonador Kerr dissipativo acionado por fótons $n$ (esquerda). De acordo com a paridade de $n$ e a simetria subjacente do sistema, pode ocorrer transição de fase dissipativa de primeira ou segunda ordem, conforme mostrado nos esquemas à direita. No caso de uma transição de primeira ordem, o vácuo permanece metaestável para valores arbitrários da amplitude do drive.

Resumo popular

As transições de fase são onipresentes na natureza. Podem ser desencadeados por flutuações térmicas que competem com a minimização de energia, levando a mudanças abruptas nas propriedades termodinâmicas do sistema. Em sistemas quânticos, as transições de fase podem ocorrer mesmo em temperatura zero, onde são caracterizadas por uma mudança abrupta do estado fundamental do sistema à medida que um parâmetro é variado. Este conceito é válido mesmo quando um sistema quântico é afastado do equilíbrio térmico e interage com o seu ambiente. O que torna essas transições de fase dissipativas distintas é que vários fatores competem para determinar a fase do sistema: campos de acionamento, dissipação e interações. Neste contexto, persistem inúmeras questões essenciais, incluindo como e se as transições de fase dissipativas podem ser observadas e o papel dos campos de condução e da dissipação na determinação das suas características. Em nosso trabalho, estudamos a física de ressonadores quânticos não lineares e dissipativos acionados – um modelo paradigmático neste campo. Motivados pelos recentes avanços tecnológicos na engenharia e controle desta classe de sistemas, consideramos mecanismos de acionamento e dissipação que injetam e dissipam um número específico $n$ de fótons. Derivamos as condições gerais sobre as quais emergem as transições de fase dissipativas e descrevemos suas principais características através de uma análise quântica completa. Mostramos como o tipo de condução e dissipação, e em particular o número de fótons $n$, determinam a natureza da transição e destacamos o papel que as simetrias subjacentes do sistema desempenham na determinação de suas propriedades críticas. Nossas descobertas são significativas tanto no avanço do conhecimento fundamental quanto no desenvolvimento de tecnologias de informação quântica que dependem de ressonadores quânticos não lineares.

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As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-11-12 00:43:45). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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