Interfacing transitions of different alkali atoms and telecom bands using one narrowband photon pair source
量子信息技术强烈地依赖于光学光子与窄带量子系统（诸如量子点、色心和原子系统）的耦合。这种耦合需要将光波长和带宽与所需的系统相匹配，这对于大多数可用的量子光源来说是一个相当大的问题。在这里，我们展示了碱金属偶极跃迁与可调光子对源的耦合。我们的源是基于自发参量下转换在一个三倍频共振回音壁模式谐振器。为此，我们已经开发了新的波长调谐机制，它允许粗调谐到铯或铷的波长，随后连续微调到所需的过渡。作为源的功能的演示，我们进行了预示性的原子衰变的单光子测量。我们在控制自发下转换过程方面取得了重大进展，这使得我们明亮的单光子源现在与过多的窄带共振系统兼容。
2015-10-01 physics.optics quant-ph
A low-loss telecom-band nanofiber cavity for interfacing Yb atomic qubits
Nanofiber Quantum Technologies, Inc. (NanoQT)（纳米光纤量子技术股份有限公司）；Department of Applied Physics, Waseda University（早稻田大学应用物理系）；RIKEN center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
本文采用氘氧火焰热拉法制备 1389 nm 低损耗纳米光纤腔，实现高精细度与高预期协同系数，为通信波段光纤集成原子-光子接口提供方案。
2025-06-06 physics.optics quant-ph
Entangled resource for interfacing single- and dual-rail optical qubits
当今最广泛使用的将量子信息编码为光学量子比特的方法是双轨基础，通常通过单个光子的偏振来实现。另一方面，许多量子信息的固定载体--如原子--通过单轨编码与光耦合，在单轨编码中，量子比特以光子的数量编码。因此，为了实现内聚的量子网络，两种编码之间的相互转换是至关重要的。在本文中，我们通过在两种编码之间生成纠缠资源并使用它将双轨量子比特传送到其单轨对应物上来证明这一点。这项工作完成了一套必要的工具之间的相互转换的三个主要编码的量子比特在光学领域：单轨，双轨和连续变量。
2021-03-17 quant-ph
A cavity array microscope for parallel single-atom interfacing
Stanford University（斯坦福大学）；Stony Brook University（纽约州立大学石溪分校）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Harvard University（哈佛大学）；Montana State University（蒙大拿州立大学）
该研究提出了一种腔体阵列显微镜，实现单原子与自身腔体的强耦合，支持并行读取和大规模量子网络构建。
2026-02-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Interfacing Rydberg atoms with a chip-based superconducting microwave resonator using an ac-Stark-shifted single-photon transition
University College London（伦敦大学学院）
通过交流斯塔克位移将里德伯原子单光子跃迁调谐至芯片超导谐振器模式，实现共振耦合，估算单光子拉比频率约2π×100 Hz，为单光子强耦合奠定基础。
2026-09-10 physics.atom-ph quant-ph
Programmable atom-photon quantum interface
我们提出了一个可编程的原子-光子量子接口的实现，采用一个单一的捕获$^{40}$钙$^+$离子和单光子。根据其操作模式，界面可作为双向原子-光子量子态转换器，作为纠缠原子-光子态的源，或作为单光子的量子频率转换器。该接口特别适合于在混合量子网络中将离子与单个或纠缠光子进行接口。
2016-06-08 quant-ph
Interfacing microwave qubits and optical photons via spin ensembles
一个协议进行了讨论，它允许一个实现单光子之间的光学和微波频率范围内的换能器。换能器是自旋系综，其中各个发射器具有光学和磁偶极跃迁。可逆频率转换是通过结合光子存储，借助于EIT，与磁偶极跃迁和超导量子比特之间的耦合的受控切换，这是通过微波腔实现的。量子比特的效率通过在单个光子和超导量子比特之间相干传输量子比特激发的全局保真度来量化。我们测试了各种策略，并表明总效率基本上受到光量子存储器的限制：假设最先进的实验参数，NV中心的合奏可以超过80%，冷原子合奏接近99%。该协议允许人们弥合光学和微波制度之间的差距，以便有效地将超导和光学组件结合在量子网络中。
2015-01-23 quant-ph
Photonic quantum state transfer between a cold atomic gas and a crystal
连接根本不同的量子系统是构建未来混合量子网络的关键。这种异构网络提供了优越的能力相比，他们的同类同行，因为他们合并在一个单一的网络架构不同的量子节点的个别优势。然而，由于高的基础和技术挑战，其中涉及例如界面光子的波长和带宽匹配，仅对光学混合互连进行了非常少的研究。在这里，我们报告了第一个光量子互连两个不同的物质量子系统与光子存储能力。利用级联量子频率转换技术，我们证明了一个量子态可以在冷原子系综和稀土掺杂晶体之间通过一个通信波长的单光子忠实地转移。我们首先证明了冷原子系综中光子与单个集体自旋激发之间的量子关联可以转移到固态系统中。我们还表明，在冷原子系综中产生的单光子时间仓量子比特可以转换，存储和检索的晶体与条件量子比特保真度超过$85\%$。我们的研究结果为光学连接具有不同能力的量子节点开辟了前景，并代表了实现大规模混合量子网络的重要一步。
2018-07-13 quant-ph
Interfacing picosecond and nanosecond quantum light pulses
本文利用高带宽电光相位调制的大孔径时间透镜，实现量子光脉冲光谱带宽超两个数量级的相干压缩，连接皮秒与纳秒量子平台，促进大规模混合量子信息处理。
2024-07-19 physics.optics quant-ph
High-Q Nanophotonic Resonators on Diamond Membranes using Templated Atomic Layer Deposition of TiO2
将固态量子发射器与纳米光子谐振器集成对于有效的自旋光子接口和光学网络应用是必不可少的。虽然钻石色心已被证明是新兴量子技术的优秀候选者，但它们与光学谐振器的集成仍然具有挑战性。基于将谐振器蚀刻到金刚石中的常规方法通常负面地影响色心性能并且提供低器件成品率。在这里，我们开发了一个集成的光子学平台的基础上模板原子层沉积的二氧化钛金刚石膜。我们的制造方法产生高性能的纳米光子器件，同时避免将波长级特征蚀刻到金刚石中。此外，该技术产生高度可再现的光学共振，并且可以在单个金刚石样品上迭代，这是一个独特的加工优势。我们的方法适用于宽范围的波长和衬底，并且可以实现腔光子与金刚石或碳化硅、稀土离子或其他材料系统中的相干缺陷之间的高协同性接口。
2020-05-30 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
Bandwidth manipulation of quantum light by an electro-optic time lens
操纵光脉冲的光谱-时间波形的能力使得从超快光谱到高速通信的广泛应用成为可能。将这些概念扩展到量子光有可能使光量子科学和技术取得突破。然而，在经典脉冲整形技术中经常采用的滤波和放大与非经典光不兼容。控制量子光的脉冲模式结构需要有效的手段来实现保持脆弱的量子相干性的确定性、幺正操纵。在这里，我们展示了一种电光方法，通过采用时间透镜来修改非经典光的光谱。特别是，我们展示了高效的波长保持六倍压缩的单光子光谱强度带宽，使单光子通量增加一倍以上的光谱窄带吸收体。这些结果为光谱-时间光子量子信息处理铺平了道路，并促进了量子信息可以存储或操纵的不同物理平台的接口。
2017-07-30 physics.optics quant-ph
Optical Lenses for Atomic Beams
从理论上研究了利用近轴激光束模式叠加产生原子光学透镜的方法。薄，宽，抛物面，圆柱形和圆形的原子透镜的数值孔径远大于文献报道的日期可以合成。这种叠加方法有望使高质量的原子束成像和纳米沉积成为可能。
2009-01-14 physics.optics quant-ph
Interfacing single photons and single quantum dots with photonic nanostructures
光子纳米结构提供了剪裁光与物质之间相互作用的手段，并且在过去的十年中见证了这一主题的巨大实验和理论进展。特别是，与半导体量子点的结合已被证明是成功的。本文综述了光子纳米结构中单量子点中激子的量子光学。在集成光子纳米结构中设计光-物质相互作用强度的能力使得能够进行一系列基本量子电动力学实验，例如，自发发射控制、修改的兰姆位移和增强的偶极-偶极相互作用。此外，高效的单光子源和巨光子非线性可以实现与光子量子信息处理的直接应用。综述总结了光子发射的一般理论框架，包括退相过程的作用，并将其应用到当前感兴趣的光子纳米结构，如光子晶体腔和波导，介电纳米线和等离子体波导。所介绍的概念通常适用于量子纳米光子学，并且在很大程度上也适用于其他量子发射体，例如分子、氮空位中心或原子。最后，讨论了量子信息处理的研究进展和应用前景。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Fault-tolerant optical interconnects for neutral-atom arrays
本研究结合表面码抗边界噪声理论、原子阵列量子计算实验进展与光量子网络技术，提出中性原子阵列局域纠错模块的容错光互连方案，在低误差下无需额外开销即可实现容错，满足高速逻辑时钟周期要求。
2024-08-16 quant-ph
Sub- and super-radiance over macroscopic distances using a perfect lens with negative refraction
两个原子放在一个完美透镜的焦点上[J. B. Pendry，Phys. Ref. Lett. 85，3966（2000）]显示出即使在仅由自由空间衰减时间中的传播长度限制的宏观距离上也表现出完美的亚辐射和超辐射。如果形成完美透镜的左手材料在大于自然线宽的光谱范围内具有几乎恒定的负折射和消失的吸收，则两个焦点之间的延迟格林函数的虚部与相同空间位置处的虚部相同，并且原子经历马尔可夫动力学。从Veselago-Pendry透镜的格林函数出发，计算了集体衰变率和能级位移，并讨论了其局限性和潜在的应用。
2004-04-10 quant-ph
Interfacing branching random walks with Metropolis sampling: constraint release in auxiliary-field quantum Monte Carlo
本文提出将分支随机游走与广义Metropolis采样无缝接口，在AFQMC中实现约束释放以减小系统误差，并在原子分子计算中获得近精确结果。
2023-05-16 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Lenses as an Atom-Photon Interface: A Semiclassical Model
光场与原子之间的强相互作用通常通过腔来实现。最近的实验使用了一种不同的配置：使用透镜系统强烈聚焦传播的光场，假设原子位于焦点位置。实际上，这最后一个条件只在某种近似下成立;特别是，在任何有限温度下，原子的位置都是波动的。我们提出了一个形式主义，描述了聚焦场和原子坐在任意位置。作为第一个应用程序，我们表明，热涨落不占消光数据报告M。K. Tey等人，Nature Physics 4，924（2008）.
2010-12-03 physics.atom-ph quant-ph
Cold atomic ensembles as quantum antennas for distributed networks of single-atom arrays
提出一种分布式量子网络架构，利用冷原子系综作为量子天线接口单原子量子比特与飞行光子，实现高效纠缠生成，在效率与速率上超越现有架构，为可扩展分布式量子计算铺路。
2025-08-11 quant-ph
Diffraction limited optics for single atom manipulation
我们提出了一个光学系统，设计用于捕获和观察光学偶极阱中的单个中性原子，该光学偶极阱是通过使用大数值孔径N.A.= 0.5非球面透镜我们实验评估的光学系统的性能，并表明，它是衍射限制在一个很宽的光谱范围内（~ 200 nm）与一个大的横向领域（+/- 25微米）。在透镜的焦点处产生的光镊能够捕获87 Rb的单个原子，并以大的收集效率单独检测它们。我们测量了原子在偶极阱中的振荡频率，并以此值作为光镊束腰的独立确定。最后，我们用相同的透镜产生了两个相距2.2微米的偶极阱，并表明成像系统可以分辨两个原子。
2006-11-23 quant-ph
Atom lens without chromatic aberrations
提出了一种减小原子色差的透镜，并计算了其焦距和光斑尺寸。在我们的方案中，一个二能级原子与一个由两个波矢稍有不同的行波和一个垂直于驻波传播的远失谐行波形成的近共振驻波相互作用。我们证明了在Raman-Nath近似下，对于慢原子-光相互作用，原子获得的相位与入射原子速度无关。
2013-02-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Micro lensing induced lineshapes in a single mode cold-atom hollow-core fiber interface
我们报告的观察强传输线的形状改变冷原子空芯光纤接口。我们发现，这可能导致一个显着高估的分配共振光学深度高原子密度。通过模拟光束在非均匀色散介质中的传播，我们将观察结果归因于原子系综中的微透镜效应以及原子-光纤界面的模式选择。里德伯EIT线形状的研究证实了这种方法。
2018-05-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Microscopic Lensing by a Dense, Cold Atomic Sample
我们证明，一个冷的，致密的样品的87 Rb原子可以表现出微米级的透镜效应，很像与宏观尺寸的镜头。该实验是在传统的z扫描测量的方式，但在弱得多的领域，并密切关注的失谐依赖的透射光进行。使用数值模拟和通过将样品建模为具有球面焦距的薄透镜来解释结果。
2014-12-01 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical wire trap for cold neutral atoms
我们提出了一种利用纳米纤维引导的光场诱导的虚拟磁场来捕获冷中性原子的方法。与用载流导线实现的磁性侧导丝陷阱非常类似，当施加垂直于纤维轴的均匀偏置磁场时，可以形成捕获电势。我们详细讨论了激光冷却铯原子的方案，并发现陷阱深度和陷阱频率与基于双色纳米纤维的捕获方案相当，但捕获激光场的功率要低一个数量级。此外，所提出的方案允许人们使原子更接近表面，从而使原子与额外的光场有效的光学接口。具体而言，每个原子的光学深度，$σ_0/A_{\rm eff}$，超过0.4的预测，使该系统有资格为基于纳米纤维的非线性和量子光学实验。
2013-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Single atom trapping in a metasurface lens optical tweezer
亚波长柱的光学超颖表面提供了用于光的振幅、相位和偏振的多功能定义的新能力。在这项工作中，我们证明了一个有效的电介质超颖表面透镜可以用来捕获和成像单个中性原子与透镜的长工作距离为3 mm。我们的特点是高数值孔径光镊使用被困原子和数值计算的超颖表面透镜的性能进行比较。我们预测，未来的原子捕获超颖表面将能够利用超颖表面设计的多个正在进行的发展，并使多功能控制在复杂的量子信息实验与中性原子阵列。
2022-12-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical interface created by laser-cooled atoms trapped in the evanescent field surrounding an optical nanofiber
激光冷却中性原子的捕获和光学接口是其用于先进量子技术的基本要求。在这里，我们同时实现了这两个任务与铯原子相互作用的多色倏逝场周围的光学晶体。这些原子被定位在一个一维的光晶格约200 nm以上的表面，并可以有效地询问与共振光场发送通过的表面。我们的技术开辟了将激光冷却原子系综直接集成到光纤网络中的途径，这是大规模量子通信方案的重要先决条件。此外，它非常适合于实现混合量子系统，该混合量子系统将原子与，例如，固态量子器件
2010-05-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Birefringence lens effects of atom ensemble enhanced by electromagnetically induced transparency
研究了三脚架结构原子系综对偏振光双折射的光学控制，这种控制是通过空间非均匀激光的电磁诱导透明来实现的。原子系综将线偏振光分裂成两个正交偏振分量，其偏振依赖于原子系综初态的量子叠加。伴随着这种分裂，原子系综表现为双折射透镜，它允许一束偏振光直接穿过，而另一束与该偏振光正交的光以有限的聚焦像差聚焦。
2008-12-31 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Dipole-dipole Interactions Through a Lens
我们研究了在消球差透镜存在下两个原子之间的涨落介导的相互作用，证明了它们的共振偶极-偶极相互作用的增强。本文用消球差透镜的电磁格林张量导出了线性光学系统的场传输。集体内部原子动力学分析通过Lindblad主方程，它允许一个原子之间的色散和耗散相互作用的特征。因此，我们证明了原子之间的共振偶极偶极耦合可以在透镜的焦平面中增强，并且透镜修改的原子之间的能量交换可以产生相互捕获势。我们的工作为将偶极-偶极相互作用扩展到宏观尺度和研究它们的实验平台开辟了新的途径。
2022-04-01 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Atomic Focusing by Quantum Fields: Entanglement Properties
原子物质波的相干操纵在科学和技术领域都有着重要的意义。为了研究原子光学器件如何改变原子束的相干性，我们考虑Averbukh等人[1]提出的量子透镜来显示电磁场的离散性质。我们将对这种量子透镜的分析扩展到对聚焦过程中存在的另一种本质上的量子性质的研究，即，原子与光场的纠缠，并给出了纠缠对原子初始相干性和原子纯度的影响。这个过程的动力学是在封闭的形式。计算了原子束的品质因数和约化密度矩阵的平方迹随平均光子数的变化关系，分析了原子束在聚焦过程中的相干性和纯度。
2014-06-16 quant-ph
Lensing and enhanced single atom detection via a single-pixel nanostructure
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；Fujian Normal University（福建师范大学）
该研究提出基于单纳米结构相位梯度的纳米级透镜机制，以单原子为量子探针验证效应，使单原子探测效率提升4倍，确立片上纳米结构为多功能量子光学平台，为量子应用提供新机遇。
2026-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of a memory for tightly guided light in an optical nanofiber
我们报道了在光被严格限制在横向的情况下，慢光和相干存储的实验观察。通过将锥形光学介质与冷原子系综连接，观察到电磁诱导透明，并且单光子水平的光脉冲以（10 +/-0.5）%的总效率存储在原子介质中并从原子介质中取回。塌陷和复苏可以通过外加磁场来控制。我们的结果基于亚衍射限制光模通过强倏逝场与原子相互作用，展示了自由空间聚焦的替代方案和全光纤量子网络中信息存储的新能力。
2015-05-11 physics.optics quant-ph
Free-space quantum interface of a single atomic tweezer array with light
本文提出一种自由空间量子接口方案，通过设计多光束叠加模式匹配二维原子镊子阵列的衍射图案，实现高效光耦合，效率随原子数N提升，对误差鲁棒，适用于量子信息应用。
2025-10-27 quant-ph
Strong coupling between single atoms and non-transversal photons
我们研究了单量子发射体和非横向极化光子之间的相互作用，其中电场矢量振幅在传播方向上具有重要的分量。尽管这种情况似乎与光作为横波的描述不一致，但当用非傍轴光、引导光或倏逝光对接或操纵发射器时，这种情况经常发生。在这里，我们耦合单个铷原子的单光子被限制在一个光学微谐振器通过连续的全内反射。我们的实验表明，非横向偏振决定性地改变了强光-物质相互作用的物理。这种效应具有深远和非常有利的影响，例如，显着推进领域的腔量子电动力学与回音壁模式谐振器。特别是，我们的发现使我们能够通过实验实现一个范式量子系统，这非常适合基础研究和技术应用。
2013-05-10 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
Polarisation oscillations in birefringent emitter-cavity systems
我们提出了谐振腔双折射的影响上的腔增强接口的量子态的光和物质，包括第一次观察到的单光子与时间相关的偏振态，在其相干时间内演变。介绍了一个理论模型，并通过真空受激拉曼绝热通过（V-STIRAP）过程中$^{87}$ Rb原子与高精细度光腔耦合发射的时间长度单光子的修正偏振进行了实验验证。进一步的理论研究表明，腔双折射的变化如何影响原子-腔耦合，并在发射的光子中产生截然不同的偏振行为。由于偏振是编码光的量子态的关键资源，而现代微米级腔特别容易发生双折射，因此考虑这些效应对于忠实地实现分布式量子网络和通信的高效和相干发射器-光子接口至关重要。
2019-03-26 quant-ph
A high numerical aperture (NA = 0.92) objective lens for imaging and addressing of cold atoms
我们已经设计、制造并表征了与超高真空环境兼容的高分辨率物镜。该透镜系统利用维尔斯特拉斯球固体浸没透镜的原理，达到0.92的数值孔径（NA）。该物镜专为光晶格实验的要求量身定制，具有150微米的相对较长的工作距离。我们的双透镜设计对机械公差非常不敏感，尽管NA很大。此外，我们演示了应用程序的锥形光纤尖端，用于扫描近场光学显微镜，测量高NA光学系统的点扩散函数。从点扩散函数，我们推断出约75微米的整个视场的波前像差。将光学系统的NA推到其极限使得量子技术中的新应用成为可能，例如在具有前所未有的空间分辨率和光子收集效率的光学微阱中对原子进行量子控制。
2016-11-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Veselago lensing with ultracold atoms in an optical lattice
Veselago指出，电磁波理论允许具有负折射率的材料，其中大多数已知的光学现象将被逆转。这种材料的平板可以通过负折射来聚焦光线，这是一种与传统的正折射率光学器件截然不同的成像技术，在传统的正折射率光学器件中，曲面弯曲光线以形成物体的图像。在这里，我们演示了物质波的Veselago透镜，使用超冷原子在光晶格。利用双色光晶格势实现了铷原子的相对论色散关系，即类光子色散关系。我们依靠拉曼$π$脉冲技术在色散关系的两个不同分支之间转移原子，从而产生完全类似于Veselago描述的光波效应的聚焦。所展示的效果的未来前景包括新的亚德布罗意波成像应用。
2014-02-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Sub-Poissonian statistics of Rydberg-interacting dark-state polaritons
在量子水平上连接光和物质是现代原子和光学物理学的核心，并使涉及操纵单光子和原子的新量子技术成为可能。一个典型的原子-光界面是电磁感应透明，其中量子干涉产生光子和原子的混合态，称为暗态极化激元。我们已经观察到个别的暗态极化激元，因为他们通过一个超冷原子气体涉及里德堡态传播。里德伯原子之间的强长程相互作用对暗态极化激元产生了有效的相互作用阻断，导致了较大的光学非线性和修正的极化激元数统计.观测到的统计涨落远低于量子噪声极限，表明由强相互作用修改的光子关联对里德伯原子统计有显著的反作用。
2013-05-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Experimental Sensitivity Enhancement of a Quantum Rydberg Atom-Based RF Receiver with a Metamaterial GRIN Lens
University of Surrey（萨里大学）；PA Consulting Global Innovation and Technology Centre（PA咨询全球创新与技术中心）
本研究通过 GRIN 镜增强基于 Rydberg 原子的 RF 接收机灵敏度，验证了 metamaterial 在量子 RF 感知中的应用潜力。
2026-02-06 cs.SY eess.SY quant-ph
Atom-Light Interactions in Photonic Crystals
纳米光子学和原子物理学的结合是一个长期追求的目标，它将为光学物理学开辟新的前沿。在这里，我们报告的第一个集成光学电路的发展与光子晶体能够本地化和界面原子与设备中的引导光子。通过将光子晶体波导（PCW）的光学带与选定的原子跃迁对准，我们的平台通过光子介导的沿PCW的原子相互作用为新颖的量子输运和多体现象提供了新的机会。从平均原子数N = 1.1 $\pm$ 0.4的反射光谱中，我们推断，原子是本地化的PCW内的Casimir Polder和光学偶极力。单原子辐射衰变到PCW中的分数为$Γ_{\rm 1D}/Γ'$ = 0.32 $\pm$ 0.08，其中$Γ_{1D}$是发射到导模中的速率，$Γ'$是衰变到所有其他通道中的速率。$Γ_{\rm 1D}/Γ'$引用没有增强由于外部腔，是前所未有的，在所有目前的原子-光子接口。
2013-12-12 physics.optics quant-ph
Measurement-feedback control of chiral photon emission from an atom chain into a nanofiber
本文从理论上研究了激光驱动的一维原子链与一个量子阱相互作用的反馈控制问题。界面导致原子发射体之间的所有对所有的相互作用，并诱导手性，即光子定向发射到光子的优选导模中。在我们考虑的设置中，引导光的测量-通过光子计数或通过光电流求积的零差检测进行-通过驱动激光场的调制反馈到系统中。我们研究了这种反馈方案如何影响光子计数率和引导光场的求积。此外，我们分析了反馈如何改变原子链的多体稳态。我们的研究结果提供了一些见解，如何控制和工程师的动态轻物质网络实现与国家的最先进的实验装置。
2020-10-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
The focusing effect of cold atomic cloud with a red-detuned Gaussian beam
我们利用远红失谐高斯激光束垂直于冷原子云的传播方向，实现了一种原子光学透镜，具有尺寸小、参数可调的优点。本文从理论上研究了温度为1 $μ$ K量级的冷原子云在微米尺度上自由下落通过原子光学透镜时的一维横向聚焦效应，并进行了实验验证。结果表明，理论与实验符合较好.
2015-01-28 physics.atom-ph quant-ph
Multiplexed telecom-band quantum networking with atom arrays in optical cavities
实现与电信波段操作和大规模量子信息处理兼容的基于物质的量子比特的量子网络节点是一个突出的挑战，限制了基本量子网络的潜力。我们提出了一个平台，用于将包括中性原子阵列的量子处理器与多路复用网络架构中的电信波段光子进行接口。使用大的原子阵列而不是单个原子减轻了双向通信的有害影响，并将两个节点之间的纠缠率提高了近两个数量级。此外，该系统同时提供了在每个节点内执行高保真确定性门和读出的能力，为量子中继器和纯化协议打开了大门，以分别增强网络的长度和保真度。使用中间节点作为量子中继器，我们证明了基于现实假设在大约1500公里范围内进行纠缠分发的可行性，为跨大陆网络提供了蓝图。最后，我们证明了我们的平台可以在大城市的距离上分布大约25个Bell对，这可以作为分布式容错量子计算机的骨干。
2021-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Strongly focused light beams interacting with single atoms in free space
我们构造了麦克斯韦方程的3D解，该方程描述了由强透镜聚焦的高斯光束。我们研究了这种光束与自由空间中单个原子的相互作用，以及散射辐射的角度和量子特性之间的相互作用。我们比较精确的结果与近轴光束和从标准的输入输出形式主义。我们把我们的结果的背景下，量子信息处理与单原子。
2000-06-01 quant-ph
Free-Space Quantum Electrodynamics with a single Rydberg superatom
单光子与单个二能级系统的相互作用是量子电动力学的教科书范例。到目前为止，在这个系统中实现强耦合需要将光场限制在谐振器或波导内。在这里，我们证明了一个单一的里德伯超原子，由成千上万的原子行为作为一个单一的两级系统，由于里德伯封锁，和传播光脉冲只包含几个光子之间的强相干耦合。强烈的光-物质耦合与直接进入出射场相结合，使我们能够首次观察到单光子水平上相互作用对驱动场的影响。我们发现，我们所有的结果是在定量协议的预测一个单一的两能级系统的强耦合到一个单一的量子化传播光模式。所展示的耦合强度为光子和原子量子比特的接口以及光的传播非经典态的制备开辟了道路，这是未来量子网络的两个关键组成部分。
2017-11-07 quant-ph
All-Optical Matter-Wave Lens using Time-Averaged Potentials
物质波传感器的稳定性得益于以高循环速率询问大粒子数原子系综。使用具有低有效温度的量子简并气体允许将系统误差约束到最高精度，但是通过蒸发冷却来生产它们在原子数和循环速率方面都是昂贵的。在这项工作中，我们报告的冷物质波的创建使用交叉光偶极子陷阱和整形它通过一个全光学物质波透镜。我们演示了剩余动能和原子数之间的权衡，通过捷径蒸发冷却，并估计相应的性能增益物质波传感器。我们的方法是使用时间平均的光学势，因此很容易适用于光学偶极捕获设置。
2022-01-26 physics.atom-ph 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
A reversible optical memory for twisted photons
我们报道了一个实验，其中光的轨道角动量映射到一个冷原子系综和出单光子水平。基于动态电磁感应透明协议，所展示的光学存储器能够可逆地映射拉盖尔-高斯模式，同时保留螺旋相位结构的手性。所展示的能力为存储编码为轨道角动量态叠加的量子比特和多维光物质界面提供了可能性。
2013-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A state-insensitive, compensated nanofiber trap
光纤网络中激光冷却原子的捕获和接口是量子信息科学的重要能力。继Balykin等人和Vetsch等人的开创性工作之后，我们提出了一种利用双色态不敏感的倏逝波在介质管周围捕获单个铯原子的方法。具体来说，我们表明，矢量光的位移（即，由前向传播的消逝波的固有椭圆率引起的基态的有效不均匀塞曼展宽）可以被后向传播的消逝波有效地抵消。此外，通过在魔波长下操作捕获激光器，我们去除了基态和激发态之间的差分标量光位移，从而允许光学D2跃迁的共振驱动。该方案提供了一个很有前途的方法来捕获和探测中性原子与现实的实验参数长的陷阱和相干寿命。
2011-10-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Microwave-to-optical conversion via four-wave-mixing in a cold ytterbium ensemble
将超导量子比特与光子连接需要无噪声的微波-光学换能器，这是目前在单光子水平上尚未实现的技术。我们建议使用四波混频的冷镱（Yb）原子在亚稳态的“时钟”状态准备的合奏。参量过程使用两个高位里德堡态进行10 GHz微波光子和通信E波段光子之间的双向转换。为了避免由于自发发射而产生的噪声光子，我们考虑远离中间态失谐的连续操作。我们使用的输入输出形式主义预测的转换效率的$\approx50\%$与$\approx100$ kHz的带宽。
2019-04-18 physics.atom-ph quant-ph
Composite picosecond control of atomic state through a nanofiber interface
针对纳米光子器件中光-原子耦合不均匀的问题，提出复合皮秒光脉冲方法，实现高保真度原子态控制，并通过实验验证，支持高精度局部原子控制。
2023-05-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Rare earth spin ensemble magnetically coupled to a superconducting resonator
工作在GHz频率范围内的超导量子处理器与光量子网络和原子量子比特的接口对于实现分布式量子信息处理以及量子通信是一项具有挑战性的任务。使用稀土离子的自旋系综提供了一个极好的机会，桥梁微波和光域在量子水平。本文研究了Y $_{2}$ SiO $_{5}$晶体中Er $^{3+}$自旋与高Q共面超导谐振腔的磁耦合。
2011-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Microscopic 3D printed optical tweezers for atomic quantum technology
单个超冷原子的捕获是从量子计算和通信到传感的应用的重要工具。然而，大多数实验装置虽然非常精确和通用，但由于其尺寸大，复杂性和高成本，只能在专门的实验室环境中操作。在这里，我们介绍了一种新的捕获概念，用于光学镊子中的超冷原子，该光学镊子基于3D打印到标准光纤尖端的微米级透镜。这些透镜的独特性质使它们既适合捕获单个原子，又适合高效捕获它们的荧光。在探索性的实验中，我们建立了真空兼容性和结构的鲁棒性，并成功地形成了一个磁光陷阱的超冷原子在其附近。这使得它们成为便携式原子量子设备的有前途的组件。
2022-06-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
On-demand storage and retrieval of single photons from a semiconductor quantum dot in a room-temperature atomic vapor memory
本研究实现了半导体量子点单光子在室温原子蒸气存储器中的按需存储与读取，通过控制光子与原子蒸气相互作用，达到19.8 ns的读取时间和0.6%的内部效率，拓展了量子网络应用。
2025-01-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
