Subradiant collective states for precision sensing via transmission spectra
通过利用亚辐射集体态的透射谱特性，提升对外部扰动的灵敏度，应用于原子钟、发射体成像和退调检测。
2025-12-09 physics.atom-ph quant-ph
Subradiance and Superradiant Long Range Excitation Transport among Quantum Emitter Ensembles in a Waveguide
本文提出利用波导中量子发射体间长程周期性偶极-偶极相互作用，实现高度激发的亚辐射态和远距离系综间快速、受控、近乎无损耗的集体能量传输，并展示了其在量子时钟、量子电池等领域的应用潜力。
2024-05-16 quant-ph
Quantum interference initiated super- and subradiant emission from entangled atoms
计算了相对距离大于发射波长的纠缠原子系统的辐射特性。我们发展了一种量子多径干涉的方法，可以解释超辐射和亚辐射，尽管纠缠态的偶极矩为零。我们推导出一个公式的辐射强度在不同的干扰途径。我们进一步展示了如何干扰导致定向发射的原子准备在对称的W-状态。作为我们工作的副产品，我们展示了如何迪克的经典结果可以理解的干扰途径。与以前的工作对合奏的原子，我们专注于有限数量的原子准备在良好的特征状态。
2011-09-12 quant-ph
Bound and Subradiant Multi-Atom Excitations in an Atomic Array with Nonreciprocal Couplings
当多激发态原子与波导界面的导模强耦合时，原子的集体衰变在空间中成为亚辐射和束缚态。在这个界面上，我们通过Kubo累积展开分析了它们的平均密度-密度和修正的三阶关联，这些关联可以产生并持续很长时间。保形二聚体和三聚体的原子激发出现在最次辐射耦合制度的光诱导偶极-偶极相互作用。这导致在编码的非互易自旋扩散中的量子信息处理和量子存储的潜在应用，其中其扩散速度取决于激发原子之间的初始相干性并且对它们的相对相位波动是鲁棒的。在这个接口中，状态相关的光子路由也是可行的。
2021-02-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strongly subradiant states in planar atomic arrays
本研究针对量子信息处理中原子系抵御自发辐射退相干的需求，理论分析自由空间有限平面量子发射器阵列的强亚辐射态形成机制，发现正方阵列的本征态辐射损耗与原子总数呈$N_{tot}^{-5}$标度关系。
2023-10-10 quant-ph
From superradiance to subradiance: exploring the many-body Dicke ladder
本文报道了稠密二能级原子系综集体辐射的时间分辨研究。我们比较，在相同的样品，建立的超辐射和次辐射的合奏时，由强激光驱动。这使我们能够测量作为时间函数的超辐射态和次辐射态的种群动态。特别是，我们证明了建立在时间的subradiant状态通过superradiant动力学。这说明了动力学的多体密度矩阵的超辐射系综的二能级原子时，偏离理想条件的迪克超辐射对称性禁止人口的次辐射状态。
2021-12-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Unidirectional absorption, storage, and emission of single photons in a collectively responding bilayer atomic array
二维规则原子阵列是量子网络的一个有前途的平台，集体亚辐射态提供长寿命的存储和准直发射，允许自由空间中阵列之间的自然相干连接。然而，单层晶格只能在向前和向后方向上对称地有效地吸收或发射光。在这里，我们展示了双层晶格如何吸收单个光子，无论是从一个单一的方向入射或任意叠加的向前和向后传播的组件。激发可以存储在一个subradiant状态，在不同的subradiant状态之间的相干转移，并释放，再次在一个任意组合的高度准直的前向和后向传播组件。我们解释的方向性的单层和双层阵列的对称性分析的基础上的散射宇称不同的多极辐射分量的集体激发。集体模式可能会表现出传统的半波损失的领域附近的阵列接口或完全eliminatedit. The建议的方向控制的吸收和发射铺平了道路，多个阵列之间的有效的一维量子通信，与单光子传播之间的量子信息-处理和存储阶段。
2022-08-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Single Photon Superradiance and Subradiance as Collective Emission From Symmetric and Antisymmetric States
本文研究N个共振二能级原子的单光子集体发射，利用对称与非对称态正交基分析超辐射、亚辐射及纠缠，并给出激光诱导亚辐射分量和纠缠出现阈值1/N。
2023-09-25 quant-ph
Superradiance of Harmonic Oscillators
超辐射，增强集体发射的光从一个相干系综的量子系统，已被典型地研究在原子系综。在这项工作中，我们研究了谐振子相干系综的能量增强发射。我们表明，应该有可能观察到谐振子超辐射在各种物理平台，如波导阵列集成光子学和谐振器阵列电路QED。我们发现一般条件指定时，发射是超辐射和次辐射，并发现超辐射，次辐射和暗态的多模压缩相干态和高度纠缠的多模Fock态的形式。计算了多模Fock态、压缩态、相干态和热态等一系列初始态的强度、双模关联和衰变后俘获在系统中的量子分数。为了探索这些效应，Law和Eberly方案[C. K. Law和J. H. Eberly，Phys. Rev. Lett. 76，1055（1996）]的方法，并将其推广到在电路QED中制备高纠缠多模Fock态。
2011-07-25 quant-ph
Tuning and Amplifying the Interactions in Superconducting Quantum Circuits with Subradiant Qubits
我们提出了一种由N个固定频率量子比特组成的可调谐耦合器，它可以调谐甚至放大两个超导量子线路之间的有效相互作用。相互作用的调谐范围与N成比例，最小值为零，最大值可以超过耦合器和电路之间的物理耦合率。有效耦合率由量子比特系综的集体磁量子数决定，它只取离散值，不受集体衰变和退相干的影响。使用单光子π脉冲，耦合速率可以在单个步骤中在动态范围内的初始值和最终值的任意选择之间切换，而无需经过中间值。还讨论了放大小的相互作用或弱信号的耦合器的级联。这些结果不仅激发了人们对量子信息处理中集体效应的研究兴趣，而且也使得在一般腔-QED系统中调谐和放大相互作用的应用得以发展。
2021-09-16 quant-ph
Single Photon Subradiance: Quantum control of spontaneous emission and ultrafast readout
最近的工作表明，共振二能级原子系综的集体单光子辐射，即单光子超辐射，是一个丰富的研究领域。本文讨论了超辐射的另一面，即亚辐射。单光子亚辐射态对集体自发发射是潜在稳定的，并且可以具有超快读出。特别是它示出了多少原子集体效应提供了一种新的方式来控制自发发射的准备和亚辐射和超辐射状态之间的切换。
2015-09-21 quant-ph
Generation and controllable switching of superradiant and subradiant states in a 10-qubit superconducting circuit
原子系综的超辐射和亚辐射是量子光学研究的一个中心课题。然而，这些状态的精确生成和控制仍然具有挑战性。在这里，我们确定性地产生多达10个量子位的超辐射和8个量子位的亚辐射状态，每个包含一个单一的激发，在超导量子线路与多个量子位互连的空腔谐振器。验证了$\sqrt{N}$标度对超辐射态与腔场耦合强度的增强作用。通过在每个量子比特上施加适当的相位门，我们能够在超辐射和亚辐射态之间切换单个集体激发。虽然包含一个单一的激发子辐射态被禁止发射光子，我们证明，他们仍然可以从谐振腔吸收光子。然而，对于偶数个量子比特，一半量子比特被激发的单重态既不能发射光子也不能吸收光子，这用4个量子比特来验证。这一研究在集体辐射的相干控制方面向前迈进了一步，在量子信息处理方面具有广阔的应用前景。
2019-07-30 physics.optics quant-ph
Symmetry protected single photon subradiance
我们研究了在Dicke极限下原子分布的对称性对次辐射态的保护，其中集体Lamb位移不可忽略。我们发现，反对称态是次辐射态的分布反射对称。连续对称性也可以用来实现亚辐射。该研究涉及到具有长存储时间和快速读出的鲁棒量子存储器的问题。
2016-04-11 physics.optics quant-ph
Cooperative light scattering from helical-phase-imprinted atomic rings
本文从理论上研究了由带有轨道角动量的单光子激发产生的超辐射态和次辐射态的光散射。随着这种螺旋相位印在原子阵列的堆叠环上，子辐射模式在远场中显示出方向性的侧向散射，从而允许光准直和光的量子存储。对于线偏振激发，我们发现了离散的$C_4$旋转对称性，对于原子数$N$ $=$ $4n $和整数$n$，而对于任意$N$的圆偏振，方位角和$C_N$对称性分别出现在超辐射模和次辐射模。当考虑径向极化和方位极化时，散射图样会发生模移。当沿激发方向叠加环时，超辐射模的前向散射增强，而对于次辐射模，当沿径向增加更多的同心环时，方位角和极角的散射变窄。通过设计原子的空间分布和激发偏振态，螺旋相位印迹亚辐射态可以调整原子的辐射特性，在定向超辐射和亚辐射中可以检测到，在量子信息操作中具有潜在的应用价值。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Subradiance in dilute atomic ensembles: Role of pairs and multiple scattering
我们数值研究了弱脉冲激发后静止原子荧光的慢（亚辐射）衰减。我们表明，在线性光学制度和几个自然线宽的激发失谐，缓慢的衰减速率可以占主导地位的近对原子（二聚体）形成超辐射和次辐射状态。然而，对于足够大的共振光学深度和以后的时间，动力学是由集体多体效应。在这个制度中，我们研究的偏振和光谱的发射光，以及激发样品内部的空间分布，作为一个函数的时间在衰减动力学。这些可观测量的行为与近共振光的辐射捕获所预期的一致。这一发现揭示了稀释样品中的亚辐射，通过提供基于系统的光行为（多重散射）的解释，这与更常用的集体原子迪克态的图像是互补的。
2021-08-09 physics.atom-ph quant-ph
A subradiant optical mirror formed by a single structured atomic layer
光与物质相互作用的高效和多功能界面是量子科学的重要基石。基于量子发射器的结构化亚波长阵列中光子介导的偶极-偶极相互作用的丰富相互作用，最近提出了一种控制光-物质相互作用的全新途径。在这里，我们报告的直接观察的合作副辐射响应的二维（2d）正方形阵列的原子在光晶格。我们观察到一个光谱狭窄的集体原子反应远低于量子限制衰变到自由空间的单个原子。通过空间分辨光谱测量，我们表明，该阵列作为一个有效的反射镜形成的只有一个单层的几百个原子。通过调节阵列中的原子密度和改变粒子的有序性，我们能够控制阵列的合作响应，并阐明空间有序和偶极相互作用对系综集体性质的相互作用。阵列外原子的布洛赫振荡使我们能够动态地控制原子镜的反射率。我们的工作展示了基于原子结构集合的高效光学超材料工程，并为在单量子水平上利用光和新颖的光-物质界面实现受控多体物理铺平了道路。
2020-01-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Exponential improvement in photon storage fidelities using subradiance and "selective radiance" in atomic arrays
量子光学的核心目标是实现光子和原子之间的有效相互作用。在几乎所有基于这种系统的应用中，一个基本的限制来自于自发发射，其中光子被原子吸收，然后重新散射到不需要的通道中。在原子系综的典型处理中，假设这种再散射独立地发生，并且以单个孤立原子给出的速率发生，这进而在诸如量子存储器或量子门之类的应用中产生保真度的标准极限。然而，这个假设可能会被违反。特别地，集体原子激发的自发发射可以通过发射中的强干扰而被显著抑制。到目前为止，亚辐射现象的物理基础和利用它的技术还没有得到很好的理解。在这项工作中，我们提供了一个全面的处理这个问题。首先，我们表明，在有序的原子阵列在自由空间中，subradiant状态获得的光学模式，由阵列引导，只发射由于从有限链的末端散射的解释。我们还阐明了在多激发极限下的次辐射态的性质。最后，我们介绍了选择性辐射的新概念。尽管次辐射态经历到所有光学模式的耦合减少，但是选择性辐射态被定制为同时有效地辐射到期望的通道中，同时抑制散射到不期望的通道中，从而实现增强的原子-光界面。我们表明，这些国家自然出现在原子链耦合到纳米光子结构，我们分析了利用这些国家的光子存储的性能。我们发现，选择性辐射状态允许光子存储误差，指数级更好地与原子数比以前已知的界限。
2017-08-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Heralded Free-Electron Writing of the Most Subradiant State in an Atomic Array
School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）；Department of Physics, Friedrich-Alexander University (FAU) Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学物理系）；Wuhan Institute of Quantum Technology（武汉量子技术研究院）
该研究提出用自由电子作为量子写入器，通过匹配波矢与包络，可高保真制备原子阵列的最亚辐射态，还能激发平行原子链的强亚辐射反对称态。
2026-08-05 physics.optics quant-ph
Quantum memory in an effective $Λ$-type system using dynamic detuning control of a superconducting qubit pair
National Central University（中央大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of Tokyo（东京大学）；National Tsing Hua University（国立清华大学）
本研究提出利用一对可调谐超导量子比特形成的有效$\Lambda$型系统，通过动态失谐控制实现量子光的存储与按需检索，为可扩展超导量子网络提供了最小且可调谐的量子存储架构。
2026-09-29 quant-ph
Topologically protected subradiant cavity polaritons through linewidth narrowing enabled by dissipationless edge states
本文提出利用一维原子阵列的拓扑带隙和无耗散边缘态，在回音壁模式谐振器中实现线宽极窄、寿命显著延长的亚辐射腔极化激元，为拓扑工程量子态提供新途径。
2023-08-08 physics.optics quant-ph
Entanglement storage in atomic ensembles
我们提出利用EPR关联光束在腔中纠缠宏观原子系综。我们展示了如何场纠缠可以几乎完美地映射到与系综的基态相关的长寿命原子自旋上，以及如何在可变存储时间后在退出腔的场中检索。这种连续变量的量子存储器对于量子网络中的纠缠控制是很有意义的。
2004-05-04 quant-ph
Ultralong quantum optical storage using reversible inhomogeneous spin ensembles with an optical locking method
提出了一种新的多比特量子光数据存储方法，在连续共振拉曼光数据脉冲激励下的自旋非均匀可逆系统中，存储时间可以远远超过自旋相位衰减时间。超长存储时间是通过改进的重相过程的光学布居锁定机制获得的。这为利用量子存储器进行长距离量子通信的量子中继器提供了潜力，其中超长存储时间起着重要作用。
2008-04-23 quant-ph
Manipulation and storage of optical field and atomic ensemble quantum states
我们研究如何在光场和原子系综之间有效地操纵和存储量子信息。我们展示了如何使用各种非耗散转移方案将压缩真空态或纠缠态等量子态转移和存储到原子系综的长寿命基态自旋中。
2004-07-28 quant-ph
Molecular Ensemble Based Remote Quantum Storage for Charge Qubit via Quasi-Dark State
我们提出了一个独立于当前时间控制方案的量子存储方案，并研究了由电路QED系统与冷分子系综集成组成的混合系统中的“量子数据总线”（传输线谐振器）。在这里，电荷量子比特和分子之间的有效相互作用由数据总线中的非共振场介导。相应地，电荷态可以通过基于标准暗态的绝热操作映射到分子系综的集体准自旋态。
2009-05-06 quant-ph
Optical control of collective states in 1D ordered atomic chains beyond the linear regime
本文提出利用V型三能级原子组成的一维链作为时变超材料，突破亚辐射态与辐射解耦的限制，实现吸收、存储和按需发射，并证明非线性区双激发态可从超辐射态相干转移至亚辐射态，为纠缠的光学表征开辟道路。
2023-05-26 physics.optics quant-ph
Scaling law for optimal excitation storage and superradiant release in waveguide QED systems
National Taiwan University（台湾大学）；Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica（中央研究院原子与分子科学研究所）；Center for Quantum Science and Engineering, National Taiwan University（台湾大学量子科学与工程中心）；Trapped-Ion Quantum Computing Laboratory, Hon Hai Research Institute（鸿海研究院会离子阱量子计算实验室）；Physics Division, National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心物理组）；Department of Physics, National Central University（中央大学物理系）
研究波导量子电动力学系统中最优激发存储和释放的标度律，通过两个与半无限波导耦合的发射器系综，发现可扩展激发存储机制，提出三阶段协议，实现快速存储和可控发射，展示了相干和耗散集体相互作用的联合利用。
2026-07-21 quant-ph
Storage and retrieval of continuous-variable polarization-entangled cluster states in atomic ensembles
我们提出了一个利用磁场中的宏观原子系综来存储和恢复一个连续变量的四体极化纠缠团簇态的方案。原子自旋的拉莫尔旋进导致原子正则算符之间的对称性。在该方案中，四个空间分离的脉冲中的每一个通过各自的系综两次，以将偏振纠缠的簇态映射到长寿命的原子系综上。然后，可以通过另外四个读出脉冲来检索存储的状态，每个读出脉冲与相应的系综交叉两次。通过计算方差，分析了存储和检索的可行性，在实际实验条件下，我们的方案是可行的。
2011-08-25 quant-ph
Quantum Light Storage in Solid State Atomic Ensembles
在本章中，我们将描述在固态环境中原子系综中量子光（预示的单光子和纠缠光子）的存储和检索。我们将考虑嵌入电介质晶体中的稀土离子系综。我们将描述用于创建与窄原子跃迁光谱兼容的量子光的方法，以及基于偶极重新定相的可能协议，该协议可用于将量子光可逆地映射到集体原子激发上。我们将回顾最先进的实验状态，并更详细地描述钕和镨掺杂晶体中的量子光存储实验。
2015-02-01 quant-ph
Storage of multiple coherent microwave excitations in an electron spin ensemble
电子和核自旋具有良好的相干时间，并且自旋系综是量子存储器的有希望的候选者。通过经由场梯度采用全息技术，单个系综可以用于存储许多比特的信息。在这里，我们提出了一个相干存储器，使用脉冲磁场梯度，并展示了存储和检索高达100弱10 GHz的相干激发集体状态的电子自旋系综。我们进一步表明，这样的集体激发在电子自旋，然后可以存储在核自旋状态，提供超过秒的相干时间。
2010-06-18 quant-ph
Storage and retrieval of microwave fields at the single-photon level in a spin ensemble
我们报道了在单光子水平上，微波脉冲在由$10^{10}$ NV中心耦合到超导LC谐振器的金刚石晶体中的自旋系综存储器中的存储。随后通过自旋回波技术取回$100\, μ\mathrm{s}$的信号的能量达到由自旋吸收的能量的$0.3\%$，并且通过模拟定量地说明该存储效率。这个品质因数足以设想超导量子位的量子存储器的第一个实现。
2015-04-09 quant-ph
Enhanced collective Purcell effect of coupled quantum emitter systems
腔嵌入式量子发射器显示出强烈的修改自由空间辐射特性，如增强衰减称为珀塞尔效应。中心参数是协同性$C$，相干腔耦合强度的平方与腔和发射体衰减速率的乘积的比率。对于单个发射体，$C$与跃迁偶极矩无关，并且由诸如精细度和模腰的几何腔特性决定。在最近的工作[物理学。119，093601（2017）]我们已经表明，偶极-偶极耦合量子发射体的系综中的集体激发显示出与腔模式的相干耦合和自发自由空间衰减之间的解纠缠。这导致了一个强大的增强腔协同周围的某些集体次辐射反共振。在这里，我们提出了一个量子朗之万方程的方法，旨在提供超越经典耦合偶极子模型的结果。我们表明，亚辐射增强的协同效应的影响刻在腔输出场的量子相关性，同时也强烈增加了腔发射系统的集体克尔非线性效应。
2019-04-30 quant-ph
Geometric Quantum Information Storage Based on Atomic Ensemble
量子信息存储（QIS）是将量子态写入量子存储器（QM）的物理过程。我们观察到，在某些一般情况下，量子态可以恢复到由非阿贝尔Berry几何相位因子（holonomy）描述的幺正变换。具有这种几何特征的光子的量子干涉可以用一个$Λ$ -原子系综的对称集体激发来实现，该系综由一个小失谐量的经典光场$δ$来控制.受控拉比频率$Ω(t)$随周期$T=\frac{2nπ}δ$的循环变化在最终光子态的不同分量中累积了额外的几何相位。然后，以纯粹的几何方式，存储的状态可以从最终状态解码。
2003-11-09 quant-ph
Quantum Repeaters based on Deterministic Storage of a Single Photon in distant Atomic Ensembles
量子中继器有望防止通信信道中的光子损失。最近，认真的努力已经应用于实现长距离纠缠的可扩展分布。然而，纠缠产生的概率性质和现实的量子存储器存储时间使量子中继器的实现成为一个突出的实验挑战。我们提出了一个量子中继器协议的基础上确定性存储的单光子在原子系综局限在遥远的高精腔，并表明，该系统是能够分布在长距离的纠缠与更高的速率相比，以前的协议，从而减轻了几个数量级的量子存储器寿命的限制。我们的方案对于量子信道中的相位起伏是鲁棒的，而在纠缠交换的每一步中，保真度缺陷是固定的并且可以忽略不计。
2011-10-12 quant-ph
Light Qubit Storage and Retrieval using Macroscopic Atomic Ensembles
我们提出了一个实验上可行的协议，在原子量子存储器中的任意光态的完全存储和检索使用良好的法拉第光与物质之间的相互作用。我们的协议依赖于一个单一的光脉冲通过原子系综的多个通道，而没有不切实际的要求公里长的延迟线之间的通道。此外，我们引入了一个依赖于时间的相互作用强度，使存储和检索的状态与任意脉冲形状。在没有压缩或纠缠初态的情况下，保真度指数地接近单位，如光子量子比特的显式计算所示。
2005-09-30 quant-ph
Long-lived quantum correlation by cavity-mediated subradiance
本研究在低品质因子腔中实现多个量子发射体的长寿命亚辐射态，通过平衡腔耗散、耦合强度和非相干泵浦，产生高度负合作参数及大光子聚束，为量子存储和计量提供长寿命纠缠资源。
2024-12-12 physics.optics quant-ph
Light storage in an optically thick atomic ensemble under conditions of electromagnetically induced transparency and four-wave mixing
我们研究了传统的电磁感应透明（EIT）存储光技术，包括EIT和四波混频（FWM）在一个系综的热Rb原子的修改。光存储的标准处理涉及一个光子模式到集体自旋相干性的相干和可逆映射。已经表明，不需要的，竞争过程，如四波混频增强EIT，可以显着修改信号光脉冲的传播。我们目前的理论和实验证据表明，虽然斯托克斯场确实检测到检索的信号字段，任何信息最初编码在一个播种斯托克斯字段不独立保存在存储过程中。我们提出了一个简单的模型，描述的领域的传播动力学和四波混频的自旋波的影响。
2011-03-10 quant-ph
Manipulation of qubits in non-orthogonal collective storage modes
我们分析了两能级系统大系综的集体自旋自由度与单个中心量子位之间的量子信息传递。中心量子位和各个系综成员之间的耦合可以变化，因此提供对多于一种存储模式的访问。存储和操纵几个独立的量子位的手段推导的情况下，耦合强度的变化不允许解决的正交模式的合奏。虽然我们的程序和分析可能适用于许多不同的物理系统，为具体起见，我们研究的量子态之间的转移单电子自旋和一个系综的核自旋在量子点。
2012-06-06 quant-ph
Optical spin-wave storage in a solid-state hybridized electron-nuclear spin ensemble
固态杂质自旋与光学控制目前正在研究量子网络和中继器。其中，稀土离子掺杂晶体作为光的量子存储器是有希望的，具有潜在的长存储时间，高多模容量和高带宽。然而，对于自旋，通常在有利于电子自旋的带宽和有利于核自旋的存储时间之间存在权衡。在这里，我们提出了使用高度杂化的电子-核超精细态的光存储实验在$^{171}$ Yb $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$，其中的杂化可以提供长的存储时间和高带宽。我们达到了1.2 ms的存储时间和10 MHz的光存储带宽，其目前仅受光控制脉冲的拉比频率的限制。在这个原理证明演示中，内存效率大约为3%。该实验构成了第一个使用任何具有电子自旋的稀土离子的自旋态的光存储。这些结果为具有高带宽、长存储时间和高多模容量的稀土基量子存储器铺平了道路，这是量子中继器的关键资源。
2020-04-24 quant-ph
Quantum Storage of Orbital Angular Momentum Entanglement in an Atomic Ensemble
构建光子纠缠的量子存储器是实现量子通信和网络的关键。除了可以实现高信道容量的通信外，高维空间的纠缠光子在量子信息和基础物理领域中有着广泛的应用，因此备受关注。二维空间中的纠缠光子已经被存储在不同的系统中，但在高维空间中的纠缠光子对的存储还未见报道。在这里，我们报告的第一个实验实现存储的纠缠轨道角动量（OAM）状态通过一个远离共振双光子跃迁（FORTPT）在冷原子系综。我们在二维子空间中重建了一个后选择的OAM纠缠态的矩阵密度，保真度为90.3% ± 0.8%，在程序存储时间后得到Clauser，Horne，Shimony和Holt不等式参数S = 2.41 ± 0.06.所有结果都清楚地显示了在储存期间缠结的保持。此外，我们还首次实现了利用FortPT存储真实的单光子。
2014-04-02 quant-ph
Coherent spin control at the quantum level in an ensemble-based optical memory
长寿命的量子存储器是量子网络中远程纠缠分布的长期目标的重要组成部分。这些可以通过将光的量子态存储为原子系综中的单自旋激发来实现。然而，自旋状态通常会受到不同的退相过程的限制，存储时间，这在原则上可以克服使用自旋回波技术。理论研究表明，这是具有挑战性的，由于不可避免的自发发射噪声在基于集成的量子存储器。在这里，我们展示了自旋回波操纵的平均自旋激发1在一个大的固态系综，通过存储产生的弱光脉冲。在大约1 ms的存储时间之后，我们以高信噪比光学地读出自旋激发。我们的研究结果为使用自旋回波技术进行任何基于集成的存储器的长时间光量子存储铺平了道路。
2015-06-17 quant-ph
Exploiting the Photonic Non-linearity of Free Space Subwavelength Arrays of Atoms
本文研究亚波长原子阵列的内在光子非线性，提出利用双激发散射在一维阵列中制备单激发暗态并在平行阵列间实现纠缠，同时给出抑制质心涨落误差的方案。
2023-04-23 physics.optics quant-ph
Storage of fiber-guided light in a nanofiber-trapped ensemble of cold atoms
具有窄腰的锥形光纤是用于光和物质接口的多功能工具。在这种情况下，激光冷却的原子被困在周围的光学介质的倏逝场特别感兴趣：它们表现出长的基态相干时间和有效的耦合到光纤引导的领域。在这里，我们展示了电磁感应的透明度，慢光，和存储的光纤引导的光脉冲中的冷原子被困在一个基于纳米纤维的光晶格的合奏。我们测量到光脉冲减速到50 m/s的群速度。此外，我们在单光子水平上存储光脉冲，并在2微秒后按需在光纤中检索它们，总效率为（3.0 +/- 0.4）%。我们的研究结果表明，基于纳米纤维的冷原子接口具有很大的潜力，实现未来的光学量子信息网络的积木。
2015-02-04 quant-ph
Photonic Reservoir Engineering via 2D $Λ$-Type Atomic Arrays in Waveguide QED
Hanoi University of Science and Technology（河内科技大学）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）
本文提出利用二维Λ型原子阵列与光子晶体波导耦合，实现结构化光子共振库的工程化，提升量子存储保真度和非线性光学效率。
2026-01-02 quant-ph
Storage and Retrieval of a Microwave Field in a Spin Ensemble
我们报道了从超导共振器中将微波场存储到自旋系综的集体激发中。自旋是金刚石晶体中的氮空位中心。的顺序为30纳秒的存储时间是有限的非均匀加宽的自旋系综。
2011-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
From quantum storage to amplification: the effect of unwanted couplings and an additional level in cavity-based ensemble quantum memories
Department of Physics & Astronomy, University of Calgary（卡尔加里大学物理与天文学系）
本文研究了腔基Λ型集体量子记忆的扩展模型，考虑了控制场和信号场的不希望耦合，推导了单光子存储效率、检索效率和保真度的表达式，并识别了三种动态 regime：稳定、阈值和不稳定。
2026-05-01 quant-ph
Stochastic electrodynamics simulations for collective atom response in optical cavities
我们通过随机电动力学模拟研究了单模光腔中原子系综的集体光学响应，其中包括原子位置相关性、内部能级结构以及腔耦合强度和原子密度的空间变化的影响。在低光强度的限制下，模拟精确地再现了冷原子的完整量子场论描述，在较高的光强度下，我们引入了原子饱和度的半经典近似，并与两个原子的精确解进行了比较。我们发现，集体亚辐射模式的原子，具有非常窄的线宽，可以耦合到腔场的原子跃迁频率的空间变化，并在低强度下解决，并表明，它们可以专门驱动定制的横向泵浦光束。我们表明，腔的光学响应，特别是子辐射模式的轮廓和腔模式的共振位移，可以用作诊断工具的原子的位置相关性，因此原子量子多体相位。在高光强下，量子效应在窄次辐射模共振附近最为显著。虽然光学腔通常可以通过光限制强烈增强量子涨落，我们表明，半经典近似的随机电动力学模型提供了至少一个定性的协议，即使在存在显着饱和的原子外的次辐射模共振的精确光学响应。
2017-08-17 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Wavelength convertible quantum memory satisfying ultralong photon storage and near perfect retrieval efficiency
研究了自旋态非均匀展宽的双λ型固体系综中波长可转换量子存储器的量子相干性控制。与自旋衰减均匀的典型原子介质不同，自旋非均匀加宽的固体系综需要在量子相干性控制中进行反直觉的访问，以避免自发发射引起的量子噪声。固体系综中的这种量子相干性控制导致接近完美的恢复效率，并且适用于高达自旋相位弛豫时间的超长光子存储。在这里，反直观的量子相干性控制的基本物理不仅为双光子（拉曼）相干瞬态，但也为一个详细的相干转移机制，导致频率上/下转换。这项工作揭示了量子光学存储器的潜在应用，满足无噪声，近乎完美，超长和多模光子存储，其中量子中继器，可扩展纠缠量子比特和磁力测量将是即将到来的受益者。
2018-02-20 quant-ph
Collectively enhanced ground-state cooling in subwavelength atomic arrays
本文提出利用亚波长原子阵列的窄亚辐射集体共振实现边带冷却，证明不同俘获频率下偶极相互作用可使原子系综达到更低温度乃至基态冷却。
2025-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Coherence rephasing combined with spin-wave storage using chirped control pulses
基于光子回波的光量子存储方案通常采用中间步骤将光相干态转换为自旋相干态以获得更长的存储时间。我们分析了一个方案，使用三个相同的啁啾控制脉冲的相干重定相在一个非均匀加宽的三能级$Λ$系统的系综。脉冲诱导的绝热制度中的原子布居的循环排列。由信号脉冲产生的光相干性在中间时间间隔被存储为自旋相干性，并且当系综返回到初始状态时被重新定相以用于回波发射。当介质被反转时，在可能的部分重新定相期间的回波发射可以通过适当选择控制脉冲波矢量来抑制。我们表明，该计划的工作在一个光学密集的合奏，尽管在传播过程中控制脉冲失真。它方便地集成到存储方案的基础上的原子相干态的第二次重新定相的自旋波存储步骤。
2014-05-04 quant-ph
Highly-Efficient Quantum Memory for Polarization Qubits in a Spatially-Multiplexed Cold Atomic Ensemble
用于飞行光学量子比特的量子存储器是量子信息科学和技术中广泛应用的关键使能器。一个关键的品质因数是整体存储和检索效率。到目前为止，尽管最近在光脉冲的高效存储方面取得了成就，但量子比特的存储效率有限。在这里，我们报告的极化量子位的量子存储器，结合了平均条件保真度超过99%和效率等于（68 $\pm$ 2）%，从而证明了一个可逆的量子位映射，更多的信息被检索比丢失。量子比特在单光子水平上用弱相干态编码，存储器基于铯原子的细长激光冷却系综中的电磁诱导透明性，空间复用用于双轨存储。这种实现方式在两个轨道上都保持了较高的光学深度，而不会在多路复用和存储效率之间折衷。我们的工作为未来量子网络功能和先进光子电路的测试提供了一个有效的节点。
2018-01-31 quant-ph
Three-dimensional theory of quantum memories based on Lambda-type atomic ensembles
我们发展了一个三维的量子存储理论的基础上的光存储在合奏的λ型原子，其中两个长寿命的原子基态。我们认为光存储在一个有限的空间范围内的合奏，我们表明，在傍轴近似的菲涅耳数的原子系综和光学深度是唯一重要的物理参数，确定量子存储器的质量。我们分析了这些参数对存储光的影响，然后从量子存储器中向前或向后读出。我们表明，对于小菲涅尔数，向前的记忆提供了更高的效率，而对于大菲涅尔数，向后的记忆是有利的。存储在存储器中的最佳光模式与相应的自旋波和输出光模式一起呈现。我们表明，对于高的光学深度，这样的λ型原子系综允许高效的向后和向前的记忆，即使是小菲涅尔数$F\gtrsim 0.1$。
2011-10-31 quant-ph
Selective protected state preparation of coupled dissipative quantum emitters
量子发射体系综中固有的二元或集体相互作用引起其本征态的能量和寿命的扩展。虽然这通常会导致快速衰减和退相，但在许多情况下，可以发现某些具有最小衰减的特殊纠缠集体态，这些纠缠集体态具有光谱学，精密测量或信息存储的理想特性。我们表明，对于一个特定的选择的激光频率，功率和几何形状或一个合适的配置的控制字段可以有效地准备这些状态。我们证明了这一点，通过研究的偶极-偶极耦合发射链的强subradiant纠缠态的制备方案。通过空间激发相位工程或定制磁场进一步提高了制备态的保真度和纠缠深度。
2015-12-21 quant-ph
Quantum memory for light using extended atomic ensembles in a tunable cavity
分析了光薄空间扩展共振材料中单光子波包的腔辅助存储和恢复。结果表明，使用腔调谐允许一个存储和召回的时间对称的双边指数脉冲与近单位效率。确定了腔调谐的最佳方案，并分析了时间抖动对存储效率的影响。
2008-09-22 quant-ph
High capacity spatial multimode quantum memories based on atomic ensembles
我们研究了基于光存储的空间多模量子存储器。我们表明，这样的量子光物质界面允许许多空间模式的高效存储。特别是，前向操作存储器具有良好的缩放与重要的物理参数：二次缩放与菲涅耳数，甚至立方与原子系综的光学深度。因此，同时使用所存储的自旋波模式的纵向和横向形状构成了多模量子存储器的有价值且迄今被忽视的资源。
2012-12-04 quant-ph
