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拓扑波导量子电动力学中的非常规量子光学。

Unconventional quantum optics in topological waveguide QED.

作者信息

Bello M, Platero G, Cirac J I, González-Tudela A

机构信息

Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, 28049 Madrid, Spain.

Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse 1, 85748 Garching, Germany.

出版信息

Sci Adv. 2019 Jul 26;5(7):eaaw0297. doi: 10.1126/sciadv.aaw0297. eCollection 2019 Jul.

DOI:10.1126/sciadv.aaw0297
PMID:31360765
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6660202/
Abstract

The discovery of topological materials has motivated recent developments to export topological concepts into photonics to make light behave in exotic ways. Here, we predict several unconventional quantum optical phenomena that occur when quantum emitters interact with a topological waveguide quantum electrodynamics bath, namely, the photonic analog of the Su-Schrieffer-Heeger model. When the emitters' frequency lies within the topological bandgap, a chiral bound state emerges, which is located on just one side (right or left) of the emitter. In the presence of several emitters, this bound state mediates topological, tunable interactions between them, which can give rise to exotic many-body phases such as double Néel ordered states. Furthermore, when the emitters' optical transition is resonant with the bands, we find unconventional scattering properties and different super/subradiant states depending on the band topology. Last, we propose several implementations where these phenomena can be observed with state-of-the-art technology.

摘要

拓扑材料的发现推动了近期将拓扑概念引入光子学领域的发展,以使光呈现出奇异的行为方式。在此,我们预测了几种非传统的量子光学现象,这些现象发生在量子发射器与拓扑波导量子电动力学环境相互作用时,即Su - Schrieffer - Heeger模型的光子类似物。当发射器的频率处于拓扑带隙内时,会出现一种手性束缚态,它仅位于发射器的一侧(右侧或左侧)。在存在多个发射器的情况下,这种束缚态介导它们之间的拓扑可调相互作用,这可能导致奇异的多体相,如双尼尔有序态。此外,当发射器的光学跃迁与能带共振时,我们根据能带拓扑发现了非传统的散射特性和不同的超辐射/亚辐射态。最后,我们提出了几种可以利用现有技术观察到这些现象的实现方案。

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