On the 150th anniversary of Maxwell equations
在这个讲座中，我们讨论了现代电磁场理论的一些有趣的发展。特别是，通过使用狄拉克的约束动力学中开发的方法，我们推导出自由电磁场的薛定谔方程。产生的电磁场仅包含横向光子的组合，并且不包括任何标量和/或纵向光子。这种方法也被用来确定和调查的自由电磁场的实际对称性。然后，我们讨论了麦克斯韦方程组的Majorana表示，麦克斯韦方程组的对称形式和一个原始的方法，称为电动力学的“标量电动力学”。
2015-02-26 quant-ph
System-environment coupling derived by Maxwell's boundary conditions from weak to ultrastrong light-matter coupling regime
在标准的腔量子电动力学（QED）理论中，腔（腔系统和光子库）内外光子之间的耦合是光子总数守恒的。然而，当腔光子与物质中的原子或激发态发生（超）强相互作用时，系统-库耦合必须从更基本的观点来确定。基于介电介质QED理论中的Maxwell边界条件，导出了腔内极化激元（非光子）和腔外光子总数守恒的量子Langevin方程和输入输出关系。
2013-04-08 physics.optics quant-ph
Quantum Optics in Maxwell's Fish Eye Lens with Single Atoms and Photons
在单光子单原子水平上研究了麦克斯韦二维鱼接目镜的量子光学性质。我们发现，这样的系统有效地介导原子量子比特之间的无限范围偶极-偶极相互作用，这可以用来纠缠多对遥远的量子比特。我们发现，两个原子之间的光子交换率，这是从腔共振失谐，很好地描述了一个模型，其中的光子被聚焦到衍射限制区吸收期间。我们考虑了损耗对系统的影响，并通过偶极-偶极相互作用研究了纠缠操作的保真度。我们推导出我们的结果解析使用微扰理论和Born-Markov近似，然后通过数值模拟证实其有效性。我们还讨论了如何二维麦克斯韦鱼接目镜可以实现实验上使用变换等离子体光学。
2018-05-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Maxwell meets Reeh-Schlieder: the quantum mechanics of neutral bosons
我们发现，双正交量子力学的标量积，计数吸收和发射的粒子导致协变的位置算子与本地化的本征向量。在这种明显的协变公式中，从单光子状态到位置特征向量的跃迁的概率是一阶Glauber关联函数，从而弥合了光子计数与光探测器对电磁能量密度的灵敏度之间的差距。位置本征值被确定为正则量子场算符中的空间参数，位置基描述了一系列瞬时吸收和重新发射玻色子的局域化设备。
2017-04-24 quant-ph
Ultrafast Excitation Exchange in a Maxwell-Fish-Eye Lens
本文研究利用麦克斯韦鱼眼透镜中的多模强耦合机制，实现两个远距离量子发射体之间由单光子脉冲介导的超快激发交换，并证明该方案可扩展至原子系综以集体增强耦合强度。
2023-11-30 quant-ph
Experimental entanglement-enhanced work extraction based on a Maxwell's demon
纠缠理论和热力学之间的关系是非常紧密的：量子纠缠的热力学理论，以及热力学热力学定律和纠缠现象学之间严格的形式联系的建立是目前开放的研究领域。在这一探索中，一个有趣的问题体现在从量子信息载体体现的工作介质中提取功的过程中纠缠所扮演的角色。在这项工作中，我们实验解决的问题“是否有任何内在的优势，为工作提取使用的纠缠工作介质？".通过解决工作提取协议的基础上密切联系的麦克斯韦的守护进程的范例的机制，并实施适当设计的多光子光学干涉仪，我们实验证明了这些任务所提供的二分和真正的多分纠缠的内在优势。我们突出了这种测试的独特性，通过比较它们的性能标准测试的多光子状态资源的不可分割性。我们的工作有助于建立光子系统作为信息热力学实验平台的持续努力。
2016-01-25 quant-ph
Bosonic statistics enhance Maxwell's demon in photonic experiment
MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente（特温特大学 MESA+ 纳米技术研究所）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST and University of Maryland（美国国家标准与技术研究院与马里兰大学量子信息与计算机科学联合中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of Rochester（罗切斯特大学物理与天文学系）；Institute for Physical Science and Technology, University of Maryland（马里兰大学物理科学与技术研究所）
该研究通过实验验证了玻色统计在增强麦克斯韦妖性能中的作用，展示了光子统计对热力学与信息理论的相互影响。
2026-02-11 physics.optics quant-ph
Topological spin transport of photons: "magnetic monopole" gauge field in Maxwell equations and polarization splitting of rays in periodically inhomogeneous media
研究了电磁波（光子）在平稳光滑非均匀各向同性介质中的拓扑自旋输运。通过对角化麦克斯韦方程组中的光子动能，导出了动量空间中的非阿贝尔纯规范势，它在横波的绝热近似下表现为对应于磁引力型场的两个阿贝尔U（1）势。这些场作用于圆偏振波，导致光子的拓扑自旋输运。我们推导出一般的半经典（几何光学）射线方程，考虑到洛伦兹型力的磁类规范场。详细分析了三维介质中二维周期性不均匀性的射线问题。它示出，最初位于不均匀性平面中的射线经历拓扑偏转或分裂，将它们从该平面中移出。研究了光线偏转与介质参数和传播方向的关系。
2005-07-11 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Detection of QED vacuum nonlinearities in Maxwell's equations by the use of waveguides
本文提出了一种新的方法，通过光子-光子散射来检测麦克斯韦方程中由于量子电动力学引起的非线性。光子-光子散射产生自相互作用项，这类似于非线性光学中由于偏振引起的非线性。这些自相互作用项在平行传播波的极限中消失，但如果使用波导中产生的模式而不是平行传播波，则将存在非零的总效应。基于这一思想，我们计算了新模式的非线性激励，并估计了这种效应的强度。此外，我们提出了一个主要的实验装置。
2001-08-30 physics.class-ph physics.gen-ph quant-ph
New solutions of the Dirac, Maxwell and Weyl equations from the fractional Fourier transform
从旋量的生成函数统一地得到了相对论性波动方程的新解。选择生成函数作为高斯函数导致了广义分数傅里叶变换形式的表示。满足狄拉克、麦克斯韦和外尔方程的波函数是通过关于旋量的简单微分构造的。在最简单的情况下，我们可以得到麦克斯韦和狄拉克的霍普菲翁解。
2021-01-09 quant-ph
On the first quantization and quantum diversity of photons
本文运用一次量子化构建光子的标量与矢量量子力学，推导其波动、类Schroedinger、Dirac及Maxwell方程，并引入描述色散介质传播的新方程以揭示光子量子多样性。
2025-05-13 physics.optics quant-ph
Maxwell Matter Waves
麦克斯韦物质波从一个与德布罗意互补的角度出现，即物质从根本上说是一种波现象，其粒子方面由量子力学揭示。它们的量子力学描述是通过引入一个频率为$ω_0$的物质矢量势到大质量粒子的薛定谔方程中而得到的。麦克斯韦物质波则被看作是物质波场单模的相干激发。在经典体系中，它们的力学机制可以通过麦克斯韦电磁场方程的物质模拟来捕捉。因此，麦克斯韦物质波使得能够实现具有有用的光学类似物的系统的频谱，诸如谐振物质波干涉传感器和物质波参量振荡器。这些波的波长与驱动频率$ω_0$有关，而不是像德布罗意物质波那样与大质量粒子的能量有关。因此，简单的干涉测量导致两种类型的波的不同结果。虽然麦克斯韦物质波明显偏离德布罗意性质令人惊讶，但它与量子力学完全一致。
2022-04-09 physics.atom-ph quant-ph
Modal input-output theory for quantum nanophotonics from the first-order Maxwell operator
Purdue University（普渡大学）
基于宏观量子电动力学和一阶电磁格林函数，为开放光子系统发展量子输入-输出理论，包含端口散射矩阵与朗之万噪声，并用于计算纳米光子腔和逆设计耦合器的发射体修正透射率。
2026-10-06 physics.optics quant-ph
Formal equivalence between Maxwell equations and the de Broglie-Bohm theory for two-dimensional optical microcavities
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Neel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内尔研究所）；Technion–Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
研究探讨了麦克斯韦方程与德布罗意-玻姆理论在二维光学微腔中的形式等价性，并分析了其对微 photonics 的影响。
2025-12-01 physics.optics quant-ph
Topological non-Hermitian origin of surface Maxwell waves
描述光的波动特性的麦克斯韦电磁学是在150年前提出的。60多年前，人们发现光学介质（包括硅、金属、负折射率材料）之间的界面可以支持表面电磁波，现在它在等离子体、超材料和纳米光子学中发挥着至关重要的作用。在这里，我们表明，表面麦克斯韦波在均匀的，各向同性的介质之间的接口所描述的真实的渗透率和渗透率有一个纯粹的拓扑起源解释的散装边界对应。重要的是，拓扑分类是由螺旋度算子决定的，即使在无损光学介质中，螺旋度算子也是一般非厄米算子。相应的拓扑不变量，决定了表面模式的数量，是一个Z4数（或一对Z2数），描述了复杂的螺旋度谱在界面上的缠绕。此外，还有一对额外的非拓扑Z2指数，它描述了TE和TM偏振区的表面模式的相图。我们的理论提供了一个新的转折和见解的波动物理学的几个领域：麦克斯韦电磁学，拓扑量子态，非厄米波动物理学和超材料。
2019-01-02 physics.optics quant-ph
Canonical symplectic structure and structure-preserving geometric algorithms for Schrödinger-Maxwell systems
对由薛定谔-麦克斯韦方程组描述的光子-物质相互作用，提出了一种无限维正则辛结构和保结构几何算法.该算法保持了系统的辛结构和波函数的幺正性，并限制了所有时间步长的模拟能量误差。这种新的数值计算能力使我们能够对重要的光子-物质相互作用进行基于第一原理的模拟研究，例如高次谐波产生和电离的稳定性，具有长期的准确性和保真度。
2017-09-02 math.SG physics.atom-ph physics.plasm-ph
A many-particle bosonic quantum Maxwell demon
本文在两束全同热光束构成的多粒子光子系统中实验实现量子麦克斯韦妖，利用单光子测量与前馈提升能量提取稳定性，并证明玻色统计可突破经典能量输出极限。
2024-12-04 physics.optics quant-ph
Light-Matter Response in Non-Relativistic Quantum Electrodynamics: Quantum Modifications of Maxwell's Equations
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）
该研究通过量子电动力学密度泛函理论推导了非相对论量子电动力学的线性响应理论，揭示了光-物质耦合对麦克斯韦方程的量子修正，并首次考虑了物质与光子真空的相互作用。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
