Построена теория многочастичных квантовых состояний ансамбля двухуровневых систем, взаимодействующих с фотонами, распространяющимися в волноводе (рис. а-в). В качестве реализации таких двухуровневых систем могут выступать сверхпроводящие кубиты, холодные атомы, полупроводниковые квантовые точки. Предсказано существование в ансамблях кубитов долгоживущих многочастичных квантовых состояний, для которых подавлено радиационное затухание. Простейшим примером такого субрадиационного состояния является антисимметричная суперпозиция однократно возбужденных состояний пары близко расположенных двухуровневых систем (рис. а). В дипольном приближении радиационное затухание такого состояния запрещено, поэтому оно является долгоживущим. Существование и природа многочастичных субрадиационных состояний в случае, когда число возбуждений k и число кубитов N велики, k~N>>1, ранее не изучались. В работе [1] нами показано, что многочастичные субрадиационные состояния существуют только если фактор заполнения массива f=k/N не превышает 1/2. Доказано, что для порогового значения фактора заполнения f=k/N=1/2 наиболее субрадиационным состоянием становится произведение димеризованных состояний соседних кубитов (рис. б). Нами также построена теория квантовых корреляций в излучении брэгговских массивов кубитов, период которых кратен половине длине волны света на резонансной частоте ?0/2. Предсказано [2], что в этом случае в излучении проявляются долгоживущие квантовые корреляции (группировка и антигруппировка фотонов), время жизни которых превышает как радиационное, так и нерадиационное время жизни одного кубита. Увеличение времени жизни связано с тем, что кубиты оказываются в узлах стоячей световой волны, поэтому нерадиационное затухание оказывается подавленным (рис. в).

Публикации

1. A.V. Poshakinskiy and A.N. Poddubny, ?Dimerization of many-body subradiant states in waveguide quantum electrodynamics?, Phys. Rev. Lett. 127, 173601 (2021)
2. A.V. Poshakinskiy and A.N. Poddubny, ?Quantum Borrmann effect for dissipation-immune photon-photon correlations?, Phys. Rev. A 103, 043718 (2021)