From Superradiance to Superabsorption: An Exact Treatment of Non-Markovian Cooperative Radiation
Universidad Complutense（康普顿斯大学）；CCS-Center for Computational Simulation, Campus de Montegancedo UPM（UPM蒙特加内多校区计算模拟中心）
研究两能级原子系综与有损谐振腔耦合时协同辐射现象，通过推导双发射体解析解及用数值精确方法研究更大系综，刻画了多达\(10^3\)个发射体系统从马尔可夫到非马尔可夫集体动力学的转变。
2026-07-07 quant-ph
Cooperative robustness to dephasing: single-exciton Superradiance in a nanoscale ring to model natural light-harvesting systems
我们分析了一个由多个二能级系统组成的一维环状结构，在极限情况下，只有一个激发存在。两个能级系统耦合到一个共同的环境中，在那里可以失去激发，这诱导超辐射和次辐射行为。此外，每个两个级别的系统耦合到另一个独立的环境，由经典的白噪声建模，模拟一个失相浴和描述的Haken-Strobl主方程。单激子超辐射是合作量子相干效应的一个例子，在与系统尺寸成正比的临界退相强度处被破坏，显示出合作性对退相环境作用的鲁棒性。我们还表明，与公共衰变通道的耦合与退相的作用形成鲜明对比，从而导致纠缠衰变随着系统尺寸的增加而减慢。此外，在找到系统中的激发的投影测量之后，纠缠达到稳定值，与初始条件无关。
2014-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooperative Effects in Thin Dielectric Layers: Long-Range Dicke Superradiance
本研究探讨薄介电层中量子发射器的集体效应，发现导波模式介导长程相互作用，实现跨越数波长的全向与定向超辐射，并支持均匀环境中无法实现的迪克超辐射，揭示了环境维度与集体量子动力学的独特关联。
2025-01-24 physics.atom-ph quant-ph
Imprinting Light Phase on Matter Wave Gratings in Superradiance Scattering
研究了双频泵浦下玻色-爱因斯坦凝聚体的超辐射散射。我们证明了完全调谐的后向模人口的锁定的初始相对相位的两个频率分量的泵浦光束之间的函数的可能性。这一结果来自于两个物质波光栅上的初始相对相位的印记，这两个光栅由前向模式或后向模式凝聚体加上静止的凝聚体形成，从而影响了合作散射。用半经典模型进行的数值模拟与我们的观测结果一致。
2010-01-28 quant-ph
Cooperative enhancement of channeling of emission from atoms into a nanofiber
我们展示了从一串原子中产生定向的\textit{guided}超辐射的可能性，这些原子在平行于一个原子轴的直线上被一个或几个波长分开。我们发现，从原子到光纤的发射通道的速率和效率的协同增强的导模。
2007-07-02 quant-ph
Superradiance of Strongly Interacting Dipolar Excitons in Moiré Quantum Materials
本研究揭示莫尔晶格中层间激子的静态偶极相互作用会抑制无序态、增强有序相的超辐射，并可通过掺杂调控光学协同性。
2025-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superradiance in spin-$J$ particles: Effects of multiple levels
本文研究了稠密原子系统中的超辐射动力学，其中每个原子一般可以是自旋$j$粒子，其中$j$是任意的半整数。我们将Dicke的超辐射观点推广到多能级系统，并基于我们在{[}Yelin \textit{et al.}，arXiv：quant-ph/0509184{]}中开发的新方法比较结果。使用这种形式主义，我们得到一个有效的两体描述，显示合作和集体效应的自旋$j$粒子，考虑到不同的原子水平之间的过渡的连贯性。我们发现，超辐射，这是众所周知的多体现象，也可以通过多能级效应修改。我们还讨论了这种方法的可行性，并提出这种方法可以应用于极性分子，因为它们的振动态具有部分谐振的多能级结构。
2011-12-08 quant-ph
Cooperative spontaneous emission from indistinguishable atoms in arbitrary motional quantum states
我们调查的超辐射和亚辐射不可区分的原子与量子化的运动状态，从一个初始的总状态，分解的内部和外部的自由度的原子。由于运动态的排列对称性，由最近导出的主方程[F. Damanet等人，Phys. Rev. A 93，022124（2016）]，仅取决于两个衰减速率$γ$和$γ_0$以及描述偶极-偶极位移的单个参数$Δ_{\mathrm{dd}}$。我们精确地求解了$N=2$原子的动力学，数值计算了多达30个原子，并通过平均场方法获得了大的$N$极限。我们发现，有一个关键的差异$γ_0-γ$，这取决于$N$超过超辐射损失。我们表明，确切的非平凡的暗态（即国家以外的基态消失自发发射）只存在于$γ=γ_0$，这些国家（黑暗时，$γ=γ_0$）是次辐射时，$γ<γ_0$。
2017-10-09 quant-ph
A multiple-scattering approach to interatomic interactions and superradiance in inhomogeneous dielectrics
一个集合的共振原子嵌入在一个非均匀的非色散和无损耗的电介质的动力学描述与偶极哈密顿量是基于正则量子化理论。介电体宏观上由位置相关的介电函数描述，原子作为微观谐振子。我们确定并讨论了几种类型的格林张量的作用，描述了场算子的时空传播。在积分出原子的自由度后，多重散射形式主义出现了，其中电场算子的精确李普曼-施温格方程起着核心作用。该方程将原子描述为光的点源和点散射体。首先，计算单原子的性质，如位置相关的自发发射率以及弹性散射和共振荧光的微分截面。其次，研究了多原子过程。结果表明，介质修改的共振和静态部分的偶极-偶极相互作用。这些原子间的相互作用可能导致原子散射并协同发光。与自由空间不同，位置相关的发射率和辐射线位移的差异影响电介质中的合作衰减。作为一个一般的例子，它表明，在一个部分反射平面附近有一个急剧的过渡，从两个原子的超辐射到单原子发射的原子位置的变化。
2004-09-19 quant-ph
Interpretable machine-learning identification of the crossover from subradiance to superradiance in an atomic array
光-物质相互作用的量子系统表现出强烈的相关性，导致不同的合作自发发射的亚辐射或超辐射。为了证明这种系统中长程相关性的本质，我们考虑了共振偶极-偶极相互作用（RDDI）下的原子阵列，并应用可解释的机器学习与集成梯度来识别次辐射和超辐射扇区之间的交叉。该机器表明，在RDDI中的次近邻耦合在确定训练集中的整个本征谱方面起着与最近邻耦合一样多的作用。我们的研究结果显示了机器学习方法的优势，具有解释能力，可以揭示量子光学系统中相关性的潜在机制，这可以潜在地应用于研究许多其他强相互作用的量子多体系统。
2022-02-28 quant-ph
Effects of interatomic interaction on cooperative relaxation of two-level atoms
研究了原子间直接相互作用对原子-光子动力学合作过程的影响。以具有Ising型相互作用的二能级原子模型为例，证明了粒子间相互作用与原子-场耦合相结合可以引入附加的原子间关联作为相位同步因子.对于弱相互作用原子与$J<\hbarω_0$（其中$J$为粒子间耦合常数，$ω_0$为原子频率）的情形，在Born-Markov近似下，用数值方法和平均场近似分析了原子的合作弛豫动力学机制.我们表明，直接相互作用引起的粒子间的相关性导致抑制非相干自发衰变的集体脉冲弛豫的制度，这不同于超辐射的性质。对于超辐射跃迁，发现原子间相互作用的同步效应表现为超辐射的增强。当相互作用较强时，$J>\hbarω_0$、单粒子单光子跃迁被排除，并发生向多光子弛豫机制的跃迁。利用一个简单的高Q单模腔中的两原子模型，我们证明了这种跃迁伴随着涉及多原子多光子态的拉比振荡。讨论了偶极-偶极相互作用的退相效应和孤子弛豫机制。
2006-07-04 quant-ph
Vibrational spectroscopy of polar molecules with superradiance
本文研究了在高光学深度（OD）样品中极性分子光谱中振动跃迁的合作现象和超辐射。这种协同性来自于通过偶极-偶极相互作用建立的粒子间相干性，并导致衰变过程的加速。我们将我们的计算与最近的工作进行比较[Deiglmayr等人，EUR. J. D 65，99（2011）]，并且发现非常好的一致性，这表明超辐射效应需要包括在各种各样的超冷分子设置中，包括振动和旋转状态。
2013-02-07 physics.atom-ph quant-ph
Superradiance and Superabsorption Engine of $N$ Two-Level Systems: $N^{2}$-Power Scaling at Near-Unity Efficiency
提出一种利用$N$个二能级原子协同超辐射和超吸收的热机，通过优化驱动脉冲实现功率随系统尺寸$N^2$缩放，且效率接近统一，为高效量子热机铺路。
2025-10-13 quant-ph
Two-photon superradiance and subradiance
该研究针对二能级原子系统的双光子协同发射问题，分别分析少量原子体系下的双光子超/亚辐射态演化与光谱，以及恒定密度球形原子体系在半径相对共振波长大小两种情形的特性，丰富了双光子协同辐射的理论研究。
2025-05-20 physics.optics quant-ph
Coherent single-atom superradiance
量子效应普遍存在于微观尺度，但由于耗散和退相干的存在，在宏观系统中很难发现。大系统中的量子现象只有在粒子强关联时才会出现，就像超导体和超流体一样。关联原子与电磁场的协同作用产生超辐射，即增强的量子辐射现象，表现出量子Dicke相位和超窄线宽等新的物理现象。最近的研究印记原子关联直接证明了可控的集体原子-场相互作用。在这里，我们报告腔介导的相干单原子超辐射。具有预定关联的单个原子一个接一个地穿过高Q腔，与已经穿过腔的原子合作发射光子。这种时间分离原子的集体行为由长寿命腔场介导。其结果是，在稳定状态下产生的相干场，其强度的变化作为在腔衰减时间的穿越原子的数量的平方，表现出超过10倍的增强从非集体的情况下。利用纳米孔阵列孔径对原子进行纳米级精确位置控制，实现原子相位对准，从而实现单原子间的关联。本文的工作加深了我们对物质与光的集体相互作用的理解，并为相位控制的原子与光场相互作用提供了一个先进的平台。
2018-02-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum coherence and speed limit in the mean-field Dicke model of superradiance
Dicke超辐射是一种原子系综与电磁辐射的集体耦合现象。本文讨论了平均场近似下Dicke超辐射模型的量子相干性的量化。我们发现单原子相干性的$l_1$ -范数由超辐射系统辐射的归一化平均强度的平方根给出。这验证了量子相干性作为一个有用的品质因数对理解超辐射现象的平均场方法。特别是，这一结果表明，探测单原子的相干性，通过辐射强度在超辐射系统，这可能是有用的实验实现是不可行的地址单独原子。此外，给定含时单原子态的非线性幺正动力学，有效地描述了$N$原子系统，我们分析了量子速度极限时间及其与相干性的$l_1$ -范数的相互作用。我们验证了量子相干性加速了超辐射系统的演化，即，在单原子态上存储的相干性越多，演化越快。这些发现揭示了超辐射系统中量子相干性所起的作用，这反过来可能会引起凝聚态物理和量子光学界的兴趣。
2020-11-16 quant-ph
Mirror symmetry breaking of superradiance in a dipolar BEC
本研究聚焦偶极BEC中原子偶极相互作用对超辐射的影响，通过Bogoliubov变换简化相互作用效应，发现各向异性Bogoliubov激发会打破超辐射衰减模式的镜像对称性，为理解多体系统中发射体直接相互作用的作用提供了新依据。
2024-09-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Cooperative spontaneous emission of three identical atoms
通过一个简单的三个全同原子模型，研究了原子分布对合作自发发射的影响。采用酉变换方法，将逆旋转项的影响包括在内。通过讨论三原子排列成等边三角形和一条直线的两种特殊情况，发现相干系统的超辐射在很大程度上取决于原子分布的均匀性。如果原子对称分布，超辐射将增强。其次，我们计算了三个相同原子在单光子态下的发射光谱。我们发现原子的分布对兰姆位移和光谱也有很大的影响。如果三个原子被放置在一个等边三角形中，并且相同的偶极矩垂直于三个原子的平面，则光谱将从一般情况下的三个峰简并为两个峰。
2013-02-06 quant-ph
Collective magnetic splitting in single-photon superradiance
在相同原子的系综中，像次辐射或超辐射这样的合作效应可能会改变衰变率，并且特定跃迁的能量可能会通过所谓的集体兰姆位移而从单原子值偏移。虽然这样的效果在合奏的两个层次的系统是现在很好地理解，现实的多层次的系统更难以处理。在这项工作中，我们表明，在一个系统的原子或原子核的作用下的外部磁场，集体贡献的水平移动可以达到seizable偏离单原子塞曼或磁超精细分裂图片。我们开发了一种形式主义来描述单光子超辐射在多能级系统中的小样本限制和量化的参数制度，集体兰姆位移导致可测量的偏差，在磁场诱导分裂。特别是，我们表明，这种效果应该是可观察到的嵌入在薄膜X射线腔中的穆斯堡尔核的核磁超精细分裂。
2016-07-22 physics.atom-ph quant-ph
Symbolic Quantum-Trajectory Method for Multichannel Dicke Superradiance
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Harvard University（哈佛大学）；TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本文提出一种符号量子轨迹方法，用于研究多通道迪克超辐射，通过闭合时间域的粒子数和可观测量的指数求和，揭示了多通道衰变路径下的超辐射峰值时间与强度的标度律。
2026-08-28 quant-ph
Gravitational Wave-Induced Superradiance in Ordered Atomic Arrays
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；The University of Queensland（昆士兰大学）
研究通过有序原子阵列中的相干多体机制，展示引力波诱导的光子超辐射现象，该现象由电磁真空介导，实现延迟且强的光子发射，突破了平坦时空超辐射的限制。
2026-05-11 gr-qc quant-ph
Single-Bubble Sonoluminescence as Dicke Superradiance at Finite Temperature
声致发光是一种利用强声场在液体中产生光的过程。我们将声致发光解释为从普通荧光到超辐射相的相变。考虑由单个玻色子模和$N$全同二能级原子系综组成的自旋玻色子模型。我们假设整个系统与温度为$β^{-1}$的储层处于热平衡。我们表明，在一个超强耦合制度，两个能级的原子和电磁场之间，它是可能有一个合作的相互作用的气体分子在内部的气泡与字段，产生声致发光。
2014-08-18 cond-mat.mtrl-sci hep-th quant-ph
From superradiance to collective EIT in three-level ensembles
Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo（圣卡洛斯物理研究所，圣保罗大学）；Instituto de Ciências e Engenharia, Universidade Estadual Paulista - Câmpus de Itapeva（科学与工程学院，圣保罗州立大学-伊塔佩瓦校区）；Instituto de Física, Universidade Federal de Goiás（物理研究所，戈亚斯联邦大学）
研究揭示了三能级集合在Dicke极限下的集体动力学，发现超辐射与EIT的统一联系，并提出代表原子主方程解释两者的行为。
2026-02-18 quant-ph
Superradiance from Nitrogen Vacancy Centers Coupled to An Ultranarrow Optical Cavity
本研究针对金刚石氮空位中心耦合超窄光学腔的集体辐射效应，构建更完善的理论模型解释聚束肩、Rabi劈裂等现象，为NV中心及其他固态色心实验提供指导。
2024-07-13 physics.optics quant-ph
Superradiance in finite quantum systems randomly coupled to continuum
我们研究了开放量子系统中的超辐射效应，当希尔伯特空间中的某个状态子空间获得增加的衰减宽度时，短寿命和长寿命本征态的分离。我们使用初始封闭系统的几种哈密顿形式，并通过随机矩阵理论产生它们到连续介质的耦合。我们平均的结果在大量的统计实现的一个有效的非厄米哈密顿和相关的强大功能的超辐射过程的分布，其例外点。我们发现，超辐射效应的增强，如果初始系统是在量子临界点。
2019-09-27 math-ph math.MP quant-ph
Cooperative Lamb shift in a quantum emitter array
每当几个量子光发射体彼此靠近时，它们与公共电磁场的相互作用就会将它们耦合，从而引起它们的谐振频率的协同变化。这种集体谱线位移是现代原子物理学的核心，一方面与超辐射密切相关，另一方面与兰姆位移密切相关。虽然集体位移在五十多年前就已经被理论预测，但在由几个孤立发射体组成的可控系统中还没有观察到这种效应。在这里，我们报告了一个直接的光谱观测的光电偶极跃迁的合作移位的系统中的多达8个Sr离子悬浮在保罗陷阱。我们研究了集体共振位移在以前未探索的制度的远场耦合，并提供了第一个观察到的合作效应在一个阵列的量子发射器。这些结果为介观系统中合作发射现象的实验探索铺平了道路。
2013-12-20 physics.atom-ph quant-ph
Signatures of superradiance in intensity correlation measurements in a two-emitter solid-state system
本文通过强度关联测量研究金刚石纳米柱中多个氮-空位发射体的协同效应，观测到跃迁速率增大、三指数衰减等超辐射特征，并建立Lindblad主方程理论模型加以解释，为量子光子技术提供了多光子态的新探测手段。
2024-10-24 quant-ph
Competition between finite-size effects and dipole-dipole interactions in few-atom systems
本文研究了真空中电磁场作用下少原子系统中有限尺寸效应（即粒子的可伸缩性）与偶极-偶极相互作用之间的竞争。我们考虑两个标志的合作效应，超辐射和亚辐射，并计算每个原子辐射的能量率和原子状态的相干性在时间演化。我们采用统计方法，以提取原子动力学的典型行为和平均随机原子分布在球形容器与规定的$k_0R$与$k_0$的辐射波数和$R$的平均原子间距离。我们的方法使我们能够突出有限尺寸效应和偶极-偶极相互作用在超辐射/亚辐射之间的权衡。特别是，我们证明了存在一个最佳值的$k_0R$的超辐射强度和相干脉冲的影响较小，由偶极-偶极相互作用和有限尺寸效应引起的退相效应。
2017-10-09 quant-ph
Effect of atomic distribution on cooperative spontaneous emission
利用光矢量理论研究了不同原子分布的N个多能级原子的合作单光子自发发射。用数值计算的方法考虑了每个原子的位置，而不是原子间距离的平均近似或原子分布的连续近似（用积分代替原子的求和）。结果表明，原子分布的规律性对合作自发发射有很大的影响。对于较小的原子样品（与辐射波长相比），要获得较强的超辐射不仅需要均匀的激发（Dicke态），而且需要均匀的原子分布。对于大样本，原子分布均匀有利于Dicke态的亚辐射，而原子分布对定时Dicke态的影响很小，其时间演化近似服从指数衰减。此外，我们还研究了相应的发射光谱，并验证了定时Dicke态在大原子样品中的定向发射。
2013-12-26 physics.optics quant-ph
Cooperative effects in dense cold atomic gases including magnetic dipole interactions
本文理论研究兼具电、磁偶极相互作用的冷原子气体，分别用多体物理和开放系统方法分析量子简并与非简并情形，揭示自旋模型、光散射方向性及亚/超辐射与量子统计的关系。
2023-06-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamics of two-photon paired superradiance
我们发展了双光子成对超辐射动力学理论，简称PSR。这是一个合作过程，其特征在于两个光子背靠背发射相同的能量。通过从两个靶端照射触发激光，将其频率调谐在两个能级之间的一半能量，介质和场的宏观相干态随时间的演化动态地出现，并产生具有时间延迟的放大输出的大信号。导出了描述整个系统时空演化的1+1维半经典基本方程组，并通过数值求解证明了在弛豫项存在的情况下，爆发和弱PSR现象的存在性.爆炸性PSR事件伴随着目标中存储的大部分能量的突然释放而终止。我们利用对-H $_2$分子的振动跃迁$X^1Σ_g^+ v=1 \rightarrow 0$，采用多种不同的激发原子数密度和亚稳态与基态之间不同的初始相干性进行了数值模拟.在数密度接近$O[10^{21}]$ cm $^{-3}$和高初始相干性的实例中，当采用$> O[10]$ ns的相位弛豫时间时，爆炸事件在触发辐射之后的几纳秒处终止。在PSR事件之后，期望系统遵循通过解析手段获得的稳态解，并且由许多被赋予拓扑稳定性的场凝聚体对象组成。
2012-10-05 hep-ph quant-ph
Ultraviolet superradiance from mega-networks of tryptophan in biological architectures
本文研究生物系统中色氨酸巨型网络在紫外激发下的集体超辐射效应，理论预测并实验证实微管架构中大量色氨酸偶极子的协同作用可增强荧光量子产率，为细胞信号传导机制提供新见解。
2023-02-03 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.optics
Enhanced lifetime of positronium atoms via collective radiative effects
提出了一种利用系统合作自发发射的超辐射和亚辐射机制来操纵正电子素原子的致密气体湮灭动力学的方法。湮灭动力学受气体密度和驱动强共振激光场的强度控制。特别地，该方法允许通过经由共振激光场和腔场中的集体辐射效应将原子捕获在激发态中来将正电子素原子系综的湮灭寿命增加一百倍以上。
2011-12-07 physics.atom-ph quant-ph
Cooperative quantum jumps for three dipole-interacting atoms
研究了偶极-偶极相互作用对三原子量子跃迁统计的影响。这是针对V配置和可称为D配置的三电平系统完成的。以封闭形式计算了四个不同强度周期之间的转换率。合作的影响被证明是增加了一个因素2相比，两个三电平系统。这导致跃迁速率，对于大约一个强跃迁波长的距离，比独立系统高100%。此外，从过渡率计算的两次和三次跳跃率。在这种情况下，合作效应高达170%的距离约一个波长和仍然高达15%左右的10个波长被发现。然而，与实验数据一致，与Hg+离子的实验参数的影响是可以忽略的。对于三个Ba+离子，这似乎表明，实验观察到的大的合作效应不能解释的偶极-偶极相互作用。
2004-08-18 quant-ph
Directional superradiance in a driven ultracold atomic gas in free-space
本文理论分析自由空间中受驱动超冷原子气体的稳态，揭示弱驱动集体效应及临界标度由 N 变为 √N，并用含非均匀效应与自发辐射的模型加以解释。
2024-03-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
