$n$ 光子驱动的量子非线性谐振器中的耗散相变

$n$ 光子驱动的量子非线性谐振器中的耗散相变

时间戳记：7年2023月7日上午20:XNUMX

法布里齐奥·明甘蒂1,2, 文森佐·萨沃纳1,2和阿尔贝托·比耶拉3

1洛桑联邦理工学院 (EPFL) 物理研究所，CH-1015 洛桑，瑞士
2洛桑联邦理工学院 (EPFL) 量子科学与工程中心，CH-1015 洛桑，瑞士
3Pitaevskii BEC 中心，CNR-INO 和 Dipartimento di Fisica，特伦托大学，I-38123 特伦托，意大利

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抽象

我们研究并表征了受 $n$ 光子驱动和耗散影响的非线性光子谐振器中有限分量耗散相变 (DPT) 的出现。 利用半经典方法，我们得出了此类系统中二阶 DPT 发生的一般结果。 我们表明，对于所有奇数 $n$，不会发生二阶 DPT，而对于偶数 $n$，高阶非线性之间的竞争决定了临界性的性质，并且仅在 $n$ 时才允许二阶 DPT 出现n=2$ 和 $n=4$。 作为关键的例子，我们研究了三光子和四光子驱动耗散克尔谐振器的完整量子动力学，证实了半经典分析对跃迁性质的预测。 还讨论了真空的稳定性和进入不同阶段所需的典型时间尺度。 我们还展示了一个一阶 DPT，其中围绕零、低和高光子数出现多个解决方案。 我们的结果强调了强对称性和弱对称性在触发关键行为中所发挥的关键作用，提供了一个刘维尔框架来研究驱动耗散系统中高阶非线性过程的影响，该框架可应用于量子传感中的问题和信息处理。

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特色图片：$n$ 光子驱动耗散克尔谐振器的草图（左）。 根据 $n$ 的宇称性和系统的基本对称性，可以发生一阶或二阶耗散相变，如右图所示。 在一阶跃迁的情况下，真空对于任意驱动幅度值都保持亚稳态。

热门摘要

相变在自然界中普遍存在。 它们可以由与能量最小化竞争的热波动触发，导致系统热力学性质的突然变化。 在量子系统中，相变甚至可以在零温度下发生，其特征是随着参数的变化系统基态发生突然变化。 即使量子系统偏离热平衡并与其环境相互作用，这个概念仍然成立。 这些耗散相变的独特之处在于，多种因素相互竞争来决定系统的相位：驱动场、耗散和相互作用。 在这种情况下，仍然存在许多基本问题，包括如何以及是否可以观察到耗散相变，以及驱动场和耗散在确定其特征方面的作用。 在我们的工作中，我们研究了非线性驱动耗散量子谐振器的物理特性——该领域的范例模型。 受此类系统工程和控制方面最新技术进步的推动，我们考虑注入和耗散特定数量 $n$ 光子的驱动和耗散机制。 我们推导了耗散相变出现的一般条件，并通过完整的量子分析描述了它们的主要特征。 我们展示了驱动和耗散的类型，特别是光子的数量 $n$，如何确定转变的性质，并强调系统的基本对称性在确定其关键属性中所起的作用。 我们的发现对于推进基础知识和依赖非线性量子谐振器的量子信息技术的发展都具有重要意义。

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