Spontaneous Scattering of Raman Photons from Cavity-QED Systems in the Ultrastrong Coupling Regime
我们表明,入射辐射的自发拉曼散射可以观察到在腔QED系统没有外部增强或耦合到任何振动自由度。拉曼散射过程可以证明为发射光谱中的共振,当腔-QED系统接近超强耦合区域时,其变得清晰可见。我们提供了一个量子力学描述的效果,并表明,超强的光-物质耦合是一个必要条件的拉曼散射的观察。这种效应及其对系统参数的强烈敏感性,为腔QED装置的表征和光的量子态的产生开辟了新的途径。
2022-07-26 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Probing higher-order transitions through scattering of microwave photons in the ultrastrong-coupling regime of circuit QED
高阶跃迁可以发生在电路QED的超强耦合区,通过由反向旋转相互作用控制的虚拟过程。我们提出了一种可行的方法来探测高阶跃迁通过传播的微波光子入射到混合量子比特腔系统的散射。散射谱中的线形可以反映量子比特与腔之间的相干相互作用,而布居谱中的高阶跃迁可以被识别。我们进一步发现,如果两个量子比特与腔之间的耦合强度被调谐为非对称的,那么具有Fano线型的暗反对称态也可以从散射谱的变化中被检测到。
2018-05-22 quant-ph
Diagrammatic Approach to Scattering of Multi-Photon States in Waveguide QED
本文介绍了波导QED系统中的图解技术。特别强调的是延迟相干量子反馈系统。具体来说,我们表明,$N$ -光子散射矩阵在单量子比特波导QED系统中,在旋转波近似,承认在$N-1$ -光子有效顶点函数的参数化,并提供了一个详细的推导这些顶点函数满足的广义Bethe-Salpeter方程的封闭层次。这种方法的优点是,上述积分方程保持独立的辐射通道的数量,它们的带宽,它们所支持的模式的色散,和辐射量子比特耦合相互作用的结构,从而使人们能够研究多光子散射问题超越Born-Markov近似。此外,我们概括的图解技术的系统包含一个以上的单个发射器,提出了一组精确的方程管理的通用的两个和三个光子散射算子。然后,上述理论机制在最近实验研究的巨型声学原子上的三光子散射的例子中得到了展示[Nat. Phys. 15,1123(2019)]。
2021-08-11 quant-ph
Complete complementarity relations in tree level QED processes
本文利用完全互补关系(CCR)全面表征树级QED散射过程中的量子性,以Bhabha散射为例揭示了散射对自旋纠缠的生成与分配机制,并发现仅含费米子的散射能守恒最大纠缠。
2024-09-23 hep-ph hep-th quant-ph
QED effects in scattering processes involving atomic bound states: Radiative recombination
标准的S-矩阵公式通常不能用于处理原子散射过程,包括束缚态QED效应,由于特殊类型的奇异性,可以在这里出现。这种类型的奇异性可以通过设计用于结构计算的方法来处理。这基本上是一个光学定理的结果,类似的技术也可以应用在散射过程中。自由粒子的光学定理给出了有效哈密顿量和截面之间的关系,当存在束缚态时,这种关系也是有效的。我们已经发现,协变演化算子/格林算子,我们已经开发的主要结构问题的方法可以在这里应用在一个相当简单的方式。辐射复合的情况下,证明了新的程序。
2014-02-06 quant-ph
Atomic Quantum Memory for Photonic Qubits via Scattering in Cavity QED
研究了一种在腔QED中存储光子量子比特的原子量子存储方案。这是基于最近的观察,即在强耦合腔机制中,单光子脉冲与腔中的λ型原子之间的量子态交换在某些特定情况下是通过散射理想地实现的[T. W. Chen C.,马缨丹属K.法律,和PT。Leung,Phys.Rev.A69,063810(2004)]。我们推导出一个简单的公式来计算这种原子-光子交换对量子存储器的保真度。我们进一步提出了一种可行的方法,即使在原子-光子耦合不太强的情况下,也可以有条件地实现保真度几乎为1的量子存储操作。这种方法也可以应用于在空间分离的原子量子存储器中存储光子纠缠。
2005-06-26 quant-ph
QED description of Raman scattering from molecules in plasmonic cavities
等离子体增强拉曼散射可以推动单分子振动光谱超出经典电动力学可寻址的范围。我们采用量子电动力学(QED)的等离子体激元和分子振动的相干相互作用,揭示了非线性系统的非弹性响应的出现。对于现实的情况下,我们预测发病的\textit{phonon-stimulated Raman scattering}和反斯托克斯发射的激发频率的反直观的依赖。我们进一步表明,这种新的QED框架打开了一个场地,以分析在等离子体腔发射的光子的相关性
2016-09-16 physics.optics quant-ph
Photonic Bound States and Scattering Resonances in Waveguide QED
本文研究了任意手征波导中两类双光子束缚态的出现。具体来说,我们提出了一种系统的方法来分析确定由耦合到部分手征的无限等距两级发射器阵列的波导组成的系统的本征态。利用有效的哈密顿方法,我们通过确定双光子束缚态的色散关系和内部结构来确定其性质。束缚态有两种,取决于双光子动量和发射体间距。这些状态之一是一个长寿命的真正的束缚态,而另一个,散射共振,通过耦合到自由双光子状态的时间衰减,导致共振和相应的相移中的光子-光子散射。
2021-10-12 quant-ph
Characterizing entanglement dynamics in QED scattering processes
Università di Salerno(萨莱诺大学);INFN, Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所那不勒斯分部);Fakultät für Mathematik, Universität Wien(维也纳大学数学系)
研究QED散射过程中宇称度自由度间的纠缠动力学,通过量子映射的谱结构确定纠缠动态,证明费米子初始态的最大纠缠被保留,迭代量子映射得到渐近最大纠缠态。
2026-07-28 hep-ph quant-ph
Single-photon scattering with counter rotating wave interaction
近年来的实验研究将原子-光子相互作用的研究推向了超强领域,从而推动了对旋波近似之外物理的探索。本文研究了由耦合腔阵列和中心腔中的二能级原子组成的系统的单光子散射,通过改变两个外耦合参数,系统对应于从超腔QED到具有反转波(CRW)相互作用的波导QED的模型。应用基于散射区束缚态的非含时散射理论,我们发现即使在弱原子-腔耦合区,CRW相互作用也明显改变了透射谷,特别是在超腔QED到波导QED的过渡区,CRW相互作用导致了非弹性散射过程和Fano型共振.可以预见的是,我们的研究结果提供了在现实系统中操纵CRW效应的潜力。
2016-10-11 quant-ph
Single-photon scattering in a giant-molecule waveguide-QED system
研究了由两个耦合巨原子组成的人造巨分子与一维波导耦合时的相干单光子散射。由于每个巨原子通过两个耦合点耦合到波导,分子与波导的耦合有三种不同的耦合构型:分离耦合、编织耦合和嵌套耦合。利用实空间方法得到了单光子透射和反射振幅的精确表达式。结果表明,散射谱的行为取决于两个相邻耦合点之间的相移、耦合组态以及两个巨原子之间的耦合。具体地,我们研究了在马尔可夫和非马尔可夫机制下的光子散射,其中光子在两个相邻耦合点之间的传播时间分别被忽略和考虑。在马尔可夫极限下,通过选择适当的相移,可以得到巨分子波导-QED系统中不同耦合组态下的非对称Fano线型,并且可以通过这三种耦合组态下两个巨原子之间的耦合强度来调节传输窗口.特别是,在这些配置中的多个反射峰和谷恢复在非马尔可夫制度。本文的工作为基于巨分子波导-QED系统的可控单光子器件的研究奠定了基础。
2022-07-31 quant-ph
Single-photon scattering in giant-atom topological-waveguide-QED systems
本文研究SSH拓扑波导与一个或两个巨原子耦合的单光子散射,给出精确散射振幅,揭示耦合构型、耦合点距离和拓扑效应对反射、透射及多种谱线线型的调控规律。
2025-03-13 quant-ph
Quantum Estimation in QED Scattering
针对量子电动力学动力学参数估计问题,数值计算树级两类散射的量子费希尔信息矩阵,给出量子克拉美-罗下界,并与经典费希尔信息对比。
2025-09-04 hep-ph quant-ph
Chiral and nonreciprocal single-photon scattering in a chiral-giant-molecule waveguide-QED system
本研究在手性巨分子波导QED系统中,通过解析散射振幅,发现手性耦合可实现非互易单光子散射,非马尔可夫效应亦能诱导该现象,为巨原子量子器件设计提供平台。
2023-06-19 quant-ph
Coherent single-photon scattering spectra for a giant-atom waveguide-QED system beyond dipole approximation
研究了通过多个连接点或连续耦合区耦合到一维波导中的巨原子的单光子散射谱。利用全量子力学方法,我们得到了单光子散射系数的一般解析表达式,这些表达式在马尔可夫和非马尔可夫状态下都是有效的。总结了非偶极效应对散射谱的影响,非偶极效应主要是由光子在耦合点之间传播时产生的相位累积引起的。我们发现,在马尔可夫极限下,相位衰减是失谐无关的,导致洛伦兹线型的特征在于兰姆位移和有效衰减率。而在非马尔可夫制度,积累的相位成为失谐依赖,从而产生非洛伦兹线形,其特征在于多个侧峰和总传输点。另一个有趣的现象,在非马尔可夫制度是由一个单一的巨原子产生的宽光子带隙。我们进一步将离散耦合点的情况推广到原子通过连续区域耦合到波导的连续极限,并分析了一些典型耦合强度分布的散射谱。
2022-01-13 quant-ph
Cavity-QED models of switches for attojoule-scale nanophotonic logic
描述了一类基于腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics,腔QED)的光开关的量子光输入输出模型,该光开关由一个多能级原子(或类似的束缚电荷系统)同时耦合到多个谐振场模。最近的量子随机微分方程的极限定理被用来表明,这样的模型收敛到一个简单的散射矩阵在一个类型的强耦合限制,似乎自然的纳米光子系统。数值积分被用来显示的行为的前限制模型近似的简单散射矩阵在一个现实的制度的物理参数,它是可能的,在所提出的腔QED配置低功率光信号切换高功率信号在阿焦耳能量尺度。
2009-07-15 quant-ph
Emergent Causality and the N-photon Scattering Matrix in Waveguide QED
在这项工作中,我们讨论了出现的近似因果关系的一般设置从波导QED -即一个一维传播场与散射体相互作用。我们证明,这种紧急的因果关系转化为N-光子散射矩阵的结构。我们的工作建立在推导的Lieb-Robinson型约束连续模型和所有的耦合强度,以及在几个中间结果,其中我们强调(i)空间分离的波包的渐近独立性,(ii)输入和输出散射状态的正确定义,和(iii)的表征的基态和相关性的模型。我们通过分析在超强耦合下量子杂质的双光子散射来说明我们的正式结果,验证了团簇分解和基态性质。此外,我们推广了非弹性散射或拉曼散射时的团簇分解,得到了线性色散关系下动量空间中S矩阵的结构。在这种情况下,我们计算由该S矩阵引起的荧光(光子-光子相关性)的衰减。
2017-05-25 math-ph math.MP quant-ph
Photon-photon interaction in structured QED vacuum
在空间结构的强激光场中,量子电动力学真空表现为具有三阶调制极化率的非线性克尔介质,由于调制而产生新的相干非线性效应。研究了探测激光束与平行聚焦激光束散射过程中,光子-光子相互作用过程中的空间相干真空效应对真空极化和磁化的增强作用。本文研究了结构QED真空中的弹性和非弹性四波混频过程。分析了光子-光子散射的相位匹配条件和布拉格光栅的相干效应。
2012-05-15 hep-ph quant-ph
Entanglement generation in $(1+1)D$ QED scattering processes
本文利用张量网络研究(1+1)维QED中介子-介子散射,通过自由费米子近似制备初始波包,计算碰撞动力学与散射振幅,发现出射介子渐近纠缠在阈值耦合以下为微扰小量、超过阈值后急剧增长。
2023-09-21 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-lat
Waveguide QED: Many-Body Bound State Effects on Coherent and Fock State Scattering from a Two-Level System
两能级系统(TLS)与玻色子模之间的强耦合产生了戏剧性的量子光学效应。我们考虑一个一维连续耦合到一个单一的本地化TLS的玻色子,一个系统,可以实现在各种等离子体,光子,或电子的背景下。我们提出了精确的多体散射本征态,通过施加开边界条件。多光子束缚态出现在两个或多个光子的散射中,由于光子与TLS之间的耦合。这种束缚态的Fock和相干态波包的散射有很大的影响,特别是在中间耦合强度制度。我们比较了透射光与具有相同平均光子数的相干态的统计:随着相互作用强度的增加,单光子概率被迅速抑制,并且由于多体束缚态,双光子和三光子概率大大增强。这导致非泊松光。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Cavity QED treatment of scattering-induced efficient free-space excitation and collection in high-Q whispering-gallery microcavities
回音壁微腔激光器具有极低的阈值,而自由空间光的激发和收集由于其旋转对称性而效率低下。在量子光学的框架下,我们解析地研究了三维微球与纳米散射体的耦合。结果发现,散射体是能够耦合光进出的回音壁模式(WGM),而不会严重降低其高Q值的属性,而微球本身起着透镜的作用,将输入光束聚焦在散射体上,反之亦然。分析结果表明:(1)高Q值的WGM可以在自由空间中被激发,(2)超过50%的微腔激光辐射可以被收集在小于${1}^{\circ}$的空间中。这种耦合系统具有很大的潜力,低阈值微激光器的外部耦合器免费。
2012-06-12 physics.optics quant-ph