Critical theory for the breakdown of photon blockade
Critical theory for the breakdown of photon blockade
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打破光子封锁的关键理论
DOI：
10.1103/physrevresearch.3.023062
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发表时间：
2021
影响因子：
4.2
通讯作者：
Foss-Feig, Michael
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Curtis, Jonathan B.;Boettcher, Igor;Young, Jeremy T.;Maghrebi, Mohammad F.;Carmichael, Howard;Gorshkov, Alexey V.;Foss-Feig, Michael
光子阻挡是光的量子化性质与强光学非线性之间相互作用的结果，由此强光子-光子排斥阻止量子光学系统吸收多个光子。我们从理论上研究了一个单原子耦合到光场，所描述的共振驱动的Jaynes-Cummings模型，在这种情况下，光子封锁打破了在一个临界驱动强度的二阶相变。我们证明了这种跃迁与反么正对称的自发破缺有关。在半经典近似下，我们计算了定态下观测量的期望值。然后，我们超越了半经典近似和方法的临界点从无序（封锁）相减少Lindblad量子主方程的经典速率方程，我们解决。在福克空间中的稳态分布的宽度被发现发散，因为我们接近临界点与一个简单的幂律，使我们能够计算临界标度的稳态观测值，而无需调用平均场理论。我们提出了一个简单的物理玩具模型，偏置扩散的占领数的空间，它捕捉到的稳定状态的普遍属性。我们列出了几个实验平台，可以观察到这种现象。
Photon blockade is the result of the interplay between the quantized nature of light and strong optical nonlinearities, whereby strong photon-photon repulsion prevents a quantum optical system from absorbing multiple photons. We theoretically study a single atom coupled to the light field, described by the resonantly driven Jaynes-Cummings model, in which case the photon blockade breaks down in a second-order phase transition at a critical drive strength. We show that this transition is associated to the spontaneous breaking of an antiunitarysymmetry. Within a semiclassical approximation, we calculate the expectation values of observables in the steady state. We then move beyond the semiclassical approximation and approach the critical point from the disordered (blockaded) phase by reducing the Lindblad quantum master equation to a classical rate equation that we solve. The width of the steady-state distribution in Fock space is found to diverge as we approach the critical point with a simple power law, allowing us to calculate the critical scaling of steady-state observables without invoking mean-field theory. We propose a simple physical toy model for biased diffusion in the space of occupation numbers, which captures the universal properties of the steady state. We list several experimental platforms where this phenomenon may be observed.
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D. Walls
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