低維波導(dǎo)量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中光與物質(zhì)的強(qiáng)相互作用是近年來(lái)量子光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所副研究員石弢與其合作者系統(tǒng)研究了在低維波導(dǎo)系統(tǒng)中與量子發(fā)射子具有強(qiáng)相互作用的少光子散射問(wèn)題。他們通過(guò)散射理論的解析計(jì)算和密度矩陣重整化群的數(shù)值計(jì)算給出了光子輸運(yùn)性質(zhì)（光子的透射率與反射率）以及量子發(fā)射子的自發(fā)輻射性質(zhì)。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Phys. Rev. Lett. 120, 153602 (2018)）上。 ]C16y. ~e  
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　　低維波導(dǎo)中光與單個(gè)二能級(jí)量子發(fā)射子的相互作用是由spin-boson模型刻畫(huà)，這里這個(gè)二能級(jí)系統(tǒng)可以理解為一個(gè)雜質(zhì)自旋，而波導(dǎo)中的光子由玻色子熱庫(kù)描述。它不僅是量子光學(xué)中的基本模型，也等價(jià)于凝聚態(tài)物理中重要的雜質(zhì)問(wèn)題（Kondo模型）。這個(gè)模型在歷史上已經(jīng)被人們利用不同的方法廣泛研究，其中包含數(shù)值重整化群以及密度矩陣重整化群等數(shù)值方法和基于變分原理的解析方法。 )MWUS;O<  
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　　近年來(lái)，隨著低維納米光子學(xué)的發(fā)展，超強(qiáng)耦合的spin-boson模型中光子散射問(wèn)題引起了人們廣泛的興趣。低維光子系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是利用壓低維度來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)的光子原子相互作用從而實(shí)現(xiàn)單光子非線性，同時(shí)也可以利用波導(dǎo)中傳播的光子誘導(dǎo)長(zhǎng)程的原子間相互作用。為了這個(gè)目的，首先需要理解在超強(qiáng)耦合區(qū)域光子如何被單個(gè)二能級(jí)原子散射。最近，這個(gè)超強(qiáng)耦合的spin-boson系統(tǒng)在超導(dǎo)量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)，并且超導(dǎo)傳輸線中的共振熒光譜也已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)測(cè)量。因此，人們希望發(fā)展一套系統(tǒng)的方法來(lái)精確地預(yù)言光子在強(qiáng)耦合區(qū)域的散射性質(zhì)。但是已知的數(shù)值方法，例如數(shù)值重整化群和密度矩陣重整化群等方法，局限于處理諸如散射等長(zhǎng)時(shí)間演化等問(wèn)題，并且會(huì)消耗大量的計(jì)算資源。 6<x~Mk'u)  
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　　在這個(gè)工作中，石弢等發(fā)現(xiàn)通過(guò)一個(gè)幺正變換可以將原始的spin-boson模型轉(zhuǎn)化為一個(gè)弱耦合的spin-boson模型。在這個(gè)新的表象下，可以利用作者以往發(fā)展的多光子散射理論來(lái)研究光子的散射性質(zhì)，如光子的透射和反射率，并給出近似的解析結(jié)果。這些解析結(jié)果與精確可解的Toulouse點(diǎn)上散射線型符合得很好。同時(shí)，由這個(gè)方法得到的原子自發(fā)輻射行為也與密度矩陣重整化群的結(jié)果定量符合。這套系統(tǒng)的解析方法為人們處理超強(qiáng)耦合區(qū)域的動(dòng)力學(xué)演化問(wèn)題提供了一個(gè)有效的新途徑。 wMb)6YZs  
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　　該工作由石弢、北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所副研究員常越和西班牙馬德里的Juan Jose García-Ripoll合作完成。這一工作是量子光學(xué)、量子信息和凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域?qū)＜医徊婧献鞯难芯砍晒��?span style="display:none">  0]AN;  
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　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153602