Avoiding gauge ambiguities in cavity quantum electrodynamics.
Avoiding gauge ambiguities in cavity quantum electrodynamics.
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DOI：
10.1038/s41598-021-83214-z
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发表时间：
2021-02-19
影响因子：
4.6
通讯作者：
Westerberg N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Rouse DM;Lovett BW;Gauger EM;Westerberg N
相互作用的电荷和场的系统在物理学中无处不在。最近的研究表明，当物质的自由度被截断为几个低能量本征态时，使用不同规范导出的哈密顿量会产生不同的物理结果。这种效应在超强耦合区尤为突出。这种模糊性的出现是因为变换重新调整了光和物质自由度之间的划分，因此能级截断是一种规范依赖的近似。为了避免这种规范的模糊性，我们重新定义的电磁场的潜力，由此产生的正则动量和哈密顿量是明确不变的规范选择这个理论。相反，光/物质的划分是通过在位移和偏振贡献之间分离电场的直观选择来分配的。这种方法在典型的腔量子电动力学情况下是一个有吸引力的选择。
Systems of interacting charges and fields are ubiquitous in physics. Recently, it has been shown that Hamiltonians derived using different gauges can yield different physical results when matter degrees of freedom are truncated to a few low-lying energy eigenstates. This effect is particularly prominent in the ultra-strong coupling regime. Such ambiguities arise because transformations reshuffle the partition between light and matter degrees of freedom and so level truncation is a gauge dependent approximation. To avoid this gauge ambiguity, we redefine the electromagnetic fields in terms of potentials for which the resulting canonical momenta and Hamiltonian are explicitly unchanged by the gauge choice of this theory. Instead the light/matter partition is assigned by the intuitive choice of separating an electric field between displacement and polarisation contributions. This approach is an attractive choice in typical cavity quantum electrodynamics situations.
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