低維波導量子電動力學系統(tǒng)中光與物質的強相互作用是近年來量子光學領域的一個重要方向。中國科學院理論物理研究所副研究員石弢與其合作者系統(tǒng)研究了在低維波導系統(tǒng)中與量子發(fā)射子具有強相互作用的少光子散射問題。他們通過散射理論的解析計算和密度矩陣重整化群的數值計算給出了光子輸運性質（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。相關結果已發(fā)表于《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 120, 153602 (2018)）上。 &dvJg  
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　　低維波導中光與單個二能級量子發(fā)射子的相互作用是由spin-boson模型刻畫，這里這個二能級系統(tǒng)可以理解為一個雜質自旋，而波導中的光子由玻色子熱庫描述。它不僅是量子光學中的基本模型，也等價于凝聚態(tài)物理中重要的雜質問題（Kondo模型）。這個模型在歷史上已經被人們利用不同的方法廣泛研究，其中包含數值重整化群以及密度矩陣重整化群等數值方法和基于變分原理的解析方法。 G%ycAm  
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　　近年來，隨著低維納米光子學的發(fā)展，超強耦合的spin-boson模型中光子散射問題引起了人們廣泛的興趣。低維光子系統(tǒng)的主要特點是利用壓低維度來實現強的光子原子相互作用從而實現單光子非線性，同時也可以利用波導中傳播的光子誘導長程的原子間相互作用。為了這個目的，首先需要理解在超強耦合區(qū)域光子如何被單個二能級原子散射。最近，這個超強耦合的spin-boson系統(tǒng)在超導量子電動力學系統(tǒng)中得以實現，并且超導傳輸線中的共振熒光譜也已經被實驗測量。因此，人們希望發(fā)展一套系統(tǒng)的方法來精確地預言光子在強耦合區(qū)域的散射性質。但是已知的數值方法，例如數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時間演化等問題，并且會消耗大量的計算資源。 M@!Gk  
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　　在這個工作中，石弢等發(fā)現通過一個幺正變換可以將原始的spin-boson模型轉化為一個弱耦合的spin-boson模型。在這個新的表象下，可以利用作者以往發(fā)展的多光子散射理論來研究光子的散射性質，如光子的透射和反射率，并給出近似的解析結果。這些解析結果與精確可解的Toulouse點上散射線型符合得很好。同時，由這個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果定量符合。這套系統(tǒng)的解析方法為人們處理超強耦合區(qū)域的動力學演化問題提供了一個有效的新途徑。 'DsfKR^s  
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　　該工作由石弢、北京自動化控制設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、量子信息和凝聚態(tài)物理等領域專家交叉合作的研究成果。 2 T{PIJg3  
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　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153602