Quantum electrodynamic equations for magnetic resonance- and optical spectroscopic transitions
D. Yearchuck, Y. Yerchak, A. Alexandrov
首次获得了磁共振和光学光谱跃迁的量子电动力学方程。新的现象-随机电和磁自旋波共振被预测为EM场量子化的影响。
Quantum electrodynamic equations for magnetic resonance- and optical spectroscopic transitions have been for the first time obtained. New phenomena - stochastic electrical and magnetic spin wave resonances are predicted to be the effects of EM-field quantization.
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继续探索
Macroscopic quantum electrodynamics theory of resonance energy transfer involving chiral molecules
手性分子之间的共振能量转移可用于区分不同的对映异构体。手性分子间的转移速率由非歧视性和歧视性两部分组成。我们在宏观量子电动力学的框架下推导出这两种速率贡献。我们表明，他们的比例通常是较大的延迟制度或远区的大分离距离，歧视的程度可以修改时，考虑周围的介质。我们强调的重要性，局部场效应的歧视程度和预测一般相同的手性分子的最佳电介质的歧视。我们应用我们的研究结果3-甲基环戊酮，并表明，异国情调的媒体，甚至可以逆转歧视的影响。
Cavity Quantum Electrodynamics with Frequency-Dependent Reflectors
我们提出了一个具有强频率依赖镜的腔量子电动力学的一般框架。该方法适用于各种反射器表现出尖锐的内部共振，可以实现，例如，光子晶体镜或与二维原子阵列周围的subradiant点。我们的方法是基于修改的标准输入-输出形式主义，明确包括动态的镜子的内部共振。我们展示了如何直接提取的相互作用的调谐参数与经典的传输矩阵理论的比较，以及如何处理由镜的内共振引入的腔场模式的非马尔可夫动力学。作为光机械中的一个应用，我们说明了如何一个非马尔可夫Fano腔具有灵活的光子晶体镜可以提供边带分辨率，以及在光机械冷却的强加热抑制。这种方法适用于各种系统，为在腔量子电动力学中使用混合频率相关反射器以实现新型的光-物质相互作用开辟了可能性。
Generalized Dicke model and gauge-invariant master equations for two atoms in ultrastrongly-coupled cavity quantum electrodynamics
本文提出超强耦合腔量子电动力学中两不同原子的广义Dicke模型，采用规范不变主方程确保多极与Coulomb规范结果一致，揭示了复杂耦合效应、额外共振及反交叉光谱特征。
Dynamic resonance fluorescence in solid-state cavity quantum electrodynamics
本文在固态腔量子电动力学系统中首次观测并系统研究了超越Mollow三重峰的动态共振荧光光谱，通过全量子模型定量解释了多边峰、光谱不对称及腔滤波效应，并揭示其干涉起源，为动态驱动两能级系统产生奇异量子光态奠定了基础。
Parity-assisted generation of nonclassical states of light in circuit quantum electrodynamics
提出了一种在多模微波腔中产生光的非经典态的方法。我们的方法考虑了发生在由两个扩展腔和一个超强耦合光物质系统组成的系统中的双光子过程。在特定的共振条件下，我们的方法产生，在一个确定性的方式，产品状态的不相关的光子对，贝尔态，W态。我们证明了改进的生成时间时，增加多模腔的数量，并证明了真正的多体纠缠态的产生时，耦合的辅助系统，每个腔。最后，我们讨论了我们的建议在电路量子电动力学的可行性。
Single-shot optical readout of a quantum bit using cavity quantum electrodynamics
提出了一种利用腔量子电动力学实现量子比特单次光学读出的方法。我们选择性地将与不同量子比特基态相关的光学跃迁耦合到腔中，并利用腔transmittance的变化来产生由许多光子组成的量子比特读出信号。我们表明，这种方法即使在量子位没有标准共振荧光测量所需的良好循环跃迁时，也可以实现单次光学读出。我们计算的概率，测量检测到正确的自旋状态使用的例子，在各种实验条件下的量子点自旋，并证明它可以超过0.99。
Nonlinear oscillators and high fidelity qubit state measurement in circuit quantum electrodynamics
在本章中，我们分析了量子光学中的Jaynes-Cummings模型在量子比特与腔强耦合时的高激发非线性响应。我们专注于电路量子电动力学架构中的transmon量子比特的参数范围，其中系统本质上表现为非线性量子振荡器，我们分析了量子和半经典动力学。其中一个主要的动机是，在强激发音调下，非线性响应可以导致量子位量子态歧视，我们提出了初步的结果时，量子位和腔共振或远离共振（色散）的情况下。
Transition from Lorentz to Fano Spectral Line Shapes in Non-Relativistic Quantum Electrodynamics
与对称洛伦兹和非对称法诺线形状相关的光谱特征是普遍存在的。与传统的对称共振相比，Fano共振的独特特征已经在光子学中找到了一些应用，例如光学开关，传感，激光以及非线性和慢光器件。因此，重要的是控制这些共振的产生。在这项工作中，我们表明，通过耦合光-物质系统的从头计算模拟，法诺干涉现象可以实现在多模光子环境中的强耦合的电磁连续。具体来说，我们表明，通过有效地提高光物质耦合强度的光子连续在实验上可行的方式，我们可以实现从洛伦兹到法诺线形状的电子和极化激子激发的过渡。在这些光谱特征之间切换的一个重要结果是控制自发发射的Purcell增强以及电磁诱导透明的可能性，电磁诱导透明是Fano共振的特殊情况。从法诺转换回洛伦兹分布可以通过物理上降低耦合强度到连续模式来实现。我们的研究结果为实现可调Fano共振的分子和材料与多模光子环境中的电磁连续相互作用的潜力。
Quantum Computation with Quantum Dots and Terahertz Cavity Quantum Electrodynamics
提出了一种将信息存储在掺杂量子点的两个最低电子态中的量子计算机。许多量子点位于微腔中。一对栅极控制每个QD中的能级。涉及任何一对QD的受控非（CNOT）操作可以通过将QD能级调谐到与腔或激光器的频率共振的栅极电压脉冲序列来实现。估计CNOT操作的持续时间比电子通过发射声学声子而退相干的时间短得多。
Bound states and entanglement generation in waveguide quantum electrodynamics
研究了两个量子发射体（二能级原子）嵌入线性波导中的准一维结构。由于原子可以发射，吸收和反射辐射，在单个原子衰变的条件下，这对原子可以自发地向纠缠的束缚态弛豫。我们分析了这些束缚态的性质，发生共振值的原子间距离，并讨论了它们的相关性与纠缠产生。研究了接近共振态的束缚态的稳定性，以及能量低于光子传播阈值的非共振束缚态的性质。
Resonant Schrödinger Cat States in Circuit Quantum Electrodynamics
我们提出一种利用连续驱动量子比特在超导谐振器中快速生成薛定谔猫态的方案，无需色散区域或双光子驱动，并通过解析分析与数值模拟验证了其可行性。
Resonance interaction of two dipoles in optically active surroundings
研究了两个量子电偶极子在光学活性环境中的共振相互作用。用量子电动力学来处理偶极-真空相互作用。结果表明，环境的旋光性不会改变单原子的行为，但会改变两个偶极的集体行为，并对偶极-偶极共振相互作用产生较大的影响.特别地，当两个偶极的取向正交且分别垂直于偶极间轴时，在真空中不存在共振相互作用的情况下，借助于光学活性环境可以建立偶极间共振相互作用。
Super-Heisenberg-limited Sensing via Collective Subradiance in Waveguide Quantum Electrodynamics
通过波导量子电动力学中的集体次辐射实现超海森堡极限传感
Theoretical Analysis of Photonic Resonances in Spectroscopic Measurements of a Kerr Nonlinear Resonator
本文通过理论分析和实验验证，揭示了KPO光谱学中光子共振的物理机制，发现高阶微扰效应导致Rabi振荡并伴随退相干效应。
From Molecular Quantum Electrodynamics at Finite Temperatures to Nuclear Magnetic Resonance
将有限温度下的分子量子电动力学（mQED）的代数重构应用于核磁共振（NMR），以便为重建比现有方法更详细的分子结构提供基础。传统的NMR理论基于有效自旋模型，该模型将原子核理想化为晶格$L$中的点粒子，而分子振动、键旋转和质子交换导致原子核的离域。因此，如果采用有效自旋模型进行研究，大量的分子结构信息仍然隐藏在实验数据中。在该文献中，示出了如何可以从NMR数据重建用于$n$核的连续空间分布的$\mathbb{R}^{3n}$上的量子力学概率密度$\midΨ^β(X)\mid^2$。为此，它示出了如何NMR谱可以直接从量子电动力学计算在有限的温度下，而不涉及有效的描述。用$W^*$动力学系统的KMS态的纯化表示解决了用无限维辐射场进行数值计算的基本问题。此外，它表明，所提出的方法纠正了错误的预测的有效自旋模型。它概述了所提出的方法可以适用于任何分子系统，其电子基态可以使用一个共同的量子化学方法计算。因此，所提出的方法可以取代自1950年以来形成NMR理论基础的有效自旋模型。
Nonreciprocal quantum information processing with superconducting diodes in circuit quantum electrodynamics
本文提出利用超导二极管作为非互易元件，实现非互易量子比特耦合和量子纠缠生成，展示了其在量子网络中的应用潜力。
Two-photon blockade in a cascaded cavity-quantum-electrodynamics system
从理论上研究了由两个二能级原子与单模腔在弱耦合区耦合构成的腔量子电动力学（QED）系统模型，其中系统由量子光驱动.整个系统的动力学行为是在级联量子系统的框架下处理的。我们发现，即使考虑到强系统耗散，也可以实现双光子阻塞和双光子聚束以及三光子反聚束。这一结果表明，我们的工作具有在弱耦合腔中实现纠缠光子对的潜力。此外，我们还分析了腔与两个不同原子非共振耦合时系统的光子统计特性。在弱耦合条件下，腔QED系统可以实现双光子关联抑制、三光子关联增强的非常规光子阻塞效应，表现出腔QED系统的许多量子统计特性。
All-optical control of the spontaneous emission of quantum dots using coupled-cavity quantum electrodynamics
利用耦合光子晶体腔实现了量子点自发发射的远程全光控制。通过光谱调谐与靶腔共振的法布里-珀罗腔，靶腔中的发射体所经历的状态的品质因数和局部密度被修改，导致SE率的变化。从耦合腔量子电动力学系统的理论分析可知，当两个腔共振时，由于发射极处真空场的减小，SE速率的变化可以大于品质因数的变化。两个腔的弱耦合和强耦合制度已被实验观察到，SE衰减率已被修改了三个以上的因素与远程光学控制。
Quantum radiative corrections for a model in NMR in quantum electrodynamics
在这篇文章中，我们感兴趣的自旋模型，包括量子化的电磁场（光子）。利用这个与核磁共振（NMR）有关的量子电动力学（QED）模型，我们给出了自旋观测量、电场和磁场观测量以及光子数观测量时间演化的显式量子辐射修正。作为一个副产品，这表明布洛赫方程是这里考虑的QED模型的半经典极限。此外，同一模型的转移概率进行了研究。
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。
Parametric effects in circuit quantum electrodynamics
本文综述了约瑟夫森结超导电路中量子参量现象的研究进展。我们讨论了参数驱动可调谐腔中的物理过程，并概述了其描述的理论基础。详细讨论了简并和非简并参量共振的放大和频率转换，包括量子噪声压缩和光子纠缠。这一领域的实验进展对成功研制用于超导量子信息技术的量子限幅参量放大器起了决定性作用。我们还讨论了非线性下转换过程和实验的自持参数和次谐波振荡。
A Compact, Robust, and Tunable Open Microcavity Platform for Solid-State Quantum Electrodynamics
本文提出一种紧凑且可调的开放微腔平台，用于固态量子电动力学研究，实现了无振动诱导展宽和原位调谐，展示了量子点与微腔的强耦合。
Microwave-Induced Amplitude and Phase Tunable Qubit-Resonator Coupling in Circuit Quantum Electrodynamics
在电路量子电动力学体系结构中，可以通过外部电场和磁场控制超导量子比特的谐振频率和与微波场模式的耦合，以探索宽参数范围内的量子比特-光子动力学。在这里，我们通过实验证明和分析了一个方案，用于调谐之间的耦合transmon量子比特和微波谐振器使用一个单一的相干驱动音。我们将transmon视为一个三能级系统，量子比特子空间由基态和第二激发态定义。如果驱动频率与谐振器和量子比特频率之间的差匹配，则诱导Jaynes-Cummings型相互作用，其在幅度和相位上都是可调谐的。我们表明，在我们的设置中可以实现约10 MHz的耦合强度，仅受transmon量子位的非谐性的限制。该方案已成功地用于产生具有受控时间形状的微波光子[Pechal等人，Phys.Rev.X4，041010（2014）]，并且可以直接用超导量子器件实现，该超导量子器件具有更大的非谐性以获得更高的耦合强度。
Nanofiber Fabry-Perot microresonator for non-linear optics and cavity quantum electrodynamics
我们实验上实现了一个基于锥形光纤的近铯D2线波长的法布里-珀罗型光学微谐振器，配备了两个光纤布拉格光栅，包围一个亚波长直径腰部。由于非常低的锥形损耗，谐振器的精细度达到F = 86，而谐振透射率为T = 11%。我们的谐振腔的特性满足强耦合区的非线性光学和腔量子电动力学的要求。结合其已证明的易用性和其有利的模式几何形状，它因此打开了一个应用领域。
Collective optomechanical effects in cavity quantum electrodynamics
我们研究了腔量子电动力学效应，其中二维自由旋转的光学偶极子的排列是由它们与腔场的集体耦合驱动的。通过利用一组旋转偶极子与聚合物的形式等价性，计算了耦合光-物质系统的配分函数，并证明了该耦合光-物质系统在各向同性取向的聚束态和所有偶极子对齐的拉伸态之间存在二阶相变。这种转变表现为极化激元模式共振的强度依赖性位移。我们的工作，躺在腔量子电动力学和量子光学力学之间的十字路口，是一个前进的一步，在正在进行的探索，以了解如何利用强耦合来影响物质的内部自由度。
Waveguide quantum electrodynamics in squeezed vacuum
研究了一般多辐射源系统与压缩真空库的耦合动力学，基于Weisskopf-Wigner近似导出了该系统的主方程。在这个理论中，我们考虑了压缩源位置的影响，这在以前的研究中通常被忽略。我们应用这个理论的准一维波导的情况下，在一维压缩是实验上可以实现的。我们表明，虽然偶极-偶极相互作用诱导的普通真空依赖于发射体的分离，由于压缩真空的双光子过程依赖于相对于压缩源的发射体的位置。通过改变发射体的位置，可以控制压缩真空中波导QED的退相率、衰减率和共振荧光。此外，我们还证明了当质心位置满足一定的条件时，任意初始态都可以达到相同辐射源的稳态最大纠缠NOON态。
Comparison of Quantum and Classical Local-field Effects on Two-Level Atoms in a Dielectric
介电介质中电磁场与密集的嵌入二能级原子相互作用的宏观量子理论不能再现经典洛伦兹局域场条件的应用所获得的结果。具体地说，宏观量子电动力学预测，原子共振频率的洛伦兹红移将被主介质的折射率n的因子增强。然而，（n*n+2）/3的增强因子推导出使用Bloembergen程序，其中经典的洛伦兹局域场条件应用于光学布洛赫方程。这两种推导都是简短而简单的，并且基于完善的物理理论，但却导致了相互矛盾的结果。微观量子电动力学证实了经典的局域场为基础的结果。然后通过一个既违反量子电动力学的对应原理又违反微观理论的具体例子，证明了宏观量子电动力学理论在嵌入原子中的应用是错误的。
Cavity Quantum Electrodynamics with Second-Order Topological Corner State
拓扑光子学为研究腔量子电动力学提供了一种新的研究范式。在这项工作中，我们证明了单量子点和二阶拓扑角态之间的耦合。基于二阶拓扑角态，设计了一种拓扑光子晶体腔，并将其制作成嵌入量子点的GaAs平板。观察到角态和边态共存，具有接近2000的高品质因数。当量子点与角态共振时，光致发光强度和发射速率都得到了增强。这一结果使拓扑学在腔量子电动力学中的应用成为可能，为量子信息处理提供了一种拓扑器件的方法。
Dissipative entanglement generation between two driven qubits in circuit quantum electrodynamics
介绍了一种利用交流信号驱动并通过谐振器耦合的双量子比特系统的纠缠态产生方案。我们解释的纠缠产生的机制在酉朗道-齐纳-施托克伯格（LZS）过渡诱导适当的振幅和频率的应用交流信号和耗散过程的光子损失为主的相互作用。通过这种方式，我们发现系统的稳态可以被调节到任意接近贝尔态，这是独立的初始状态。有效的两个量子比特的哈密顿量，再现与LZS过渡的共振模式。
Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics
我们研究了一个由空间分离的共振交换量子比特组成的混合量子系统，定义在三电子半导体三重量子点中，通过超导传输线谐振器耦合。借鉴电路量子电动力学和Hartmann-Hahn双共振技术的方法，我们分析了在色散和共振相互作用机制中实现共振介导的双量子比特纠缠门的三种具体方法。我们计算了纠缠门的量子数以及通过声子的弛豫率，在硅三重点中的共振交换量子位，并表明这样的实现是特别适合于实现强耦合制度。我们的方法结合了硅中编码自旋量子比特的良好相干特性和电路QED系统提供的快速而强大的长程纠缠。
Microcavity-engineered plasmonic resonances for radiation enhancement and strong coupling of a quantum emitter
局域表面等离子体激元共振在基础物理和应用物理中对光场的亚波长限制具有重要意义，但强耗散使量子相干过程的实现面临挑战。在这里，我们建议工程师的电磁环境的金属纳米粒子（MNP）使用光学微腔。建立了描述MNP-微腔相互作用的量子解析模型，揭示了MNP-微腔相互作用显著增强的偶极辐射和相应降低的等离子体模欧姆耗散。因此，当与量子发射器相互作用时，微腔设计的MNP将量子产率提高了40倍以上，辐射功率提高了一个数量级以上。此外，该系统可以进入腔量子电动力学的强耦合区，为等离子体量子电动力学、量子信息处理、精密传感和光谱学的研究提供了一个很有前途的平台。
Time-resolved physical spectrum in cavity quantum electrodynamics
对标准腔量子电动力学系统的发光时间分辨物理谱进行了理论研究。与稳态的功率谱相比，直到当前时间的关联函数对于时间分辨谱的构建是至关重要的，而与未来量的关联由于因果关系而不可访问，即，在未来到来之前，未来的数量无法测量。我们发现，这种因果关系起着关键的作用，以了解时间分辨光谱，其中拉比双峰不能看到在拉比振荡的第一个峰值的时间。此外，在某些情况下，因果关系可以影响拉比双重峰的瞬态幅度。我们还研究了Fano反共振的动力学，其中可以突出显示与Rabi双峰的差异。
Real-Time String Dynamics in $3+1$D Lattice Quantum Electrodynamics
本研究首次采用树张量网络对3+1维格点量子电动力学的弦断裂进行实时模拟，揭示了强耦合下的共振断裂机制及非共振时的竞争通道，为高维格点规范理论量子模拟器建立了诊断与基准。
Coherent polariton dynamics in coupled highly-dissipative cavity quantum electrodynamics
光与物质在单光子和电子量子比特水平上的相干相互作用为非经典信息处理提供了巨大的潜力。针对提高腔的品质因数的努力，在这里，我们证明了强非谐性的极化子修饰状态通过暗态共振在一个高耗散腔。结果表明，当光子场耦合到辅助高$Q$腔中时，即使玻色子衰变与相互作用的速率比超过$10^{2}$，腔中单个量子发射体也会发生真空拉比振荡.此外，在这种高耗散的腔量子电动力学系统中，可以观察到光子阻塞现象。该研究为克服退相干和提高极化激元量子比特的相干操作提供了一个很有前途的平台。
Quantum computer with atomic logical qubits encoded on macroscopic three-level systems in common quantum electrodynamic cavity
提出了一种基于宏观（或介观）共振系统--量子电动力学腔中的多原子相干系综、鱿鱼或量子点，在固态量子计算机中有效实现基本量子门通用集合的方法.我们利用一个编码的逻辑量子比特的对宏观的两个或三个层次的原子，是工作在希尔伯特子空间的所有国家固有的这些原子系统。在这个子空间中，逻辑单量子比特门通过经由虚拟光子的交换的对中的单个原子激发的受控可逆转移以及通过对中的原子系综中的一个的频移来实现。在二能级系统的情况下，逻辑双量子位门通过控制一个原子系综中的兰姆位移幅度来执行，分别允许/阻止一对中的激发转移，其由另一对的第三原子系统控制。当使用三能级系统时，我们描述了原子对中的非门，该非门由工作原子激发向由控制对激发的直接影响引起的附加第三能级的转移控制。最后，我们讨论了所提出的物理系统的优势，一些有用的量子门的加速计算。
Ground-State Properties for Coupled Bose-Einstein Condensates inside a Cavity Quantum Electrodynamics
利用量子电动力学方法研究了高质量腔中含少量Rb原子的两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的基态性质。在SU（2）表示下，该量子系统可以用一个由原子间相互作用产生的二次项的广义Dicke模型来实现，并可以通过费什巴赫共振技术来控制。此外，这种弱的种间相互作用可以引起一个重要的零温度量子相变从正常的superradiant阶段，其中在正常阶段的原子系综是集体未激发，而在superradiant阶段的相干辐射宏观激发。最后，我们建议通过测量腔外外差探测器中光子场的直接和显著特征来观察这种预测的量子相变。
Emulating moiré materials with quasiperiodic circuit quantum electrodynamics
本研究利用常规超导电路在电荷空间模拟莫尔物理，通过光谱输运测量直接观测到 Hofstadter 蝴蝶和魔角效应，并证明这些特征在谐波陷阱势下依然存在，为探索任意空间维度的非公度物理提供了高调控能力的新平台。
Cavity Quantum Electrodynamics with Anderson-localized Modes
量子光学和量子信息技术的一个主要挑战是增强单光子与单量子发射体之间的相互作用。高度工程化的光学腔通常需要纳米级制造精度来实现。我们展示了一种根本不同的方法，其中无序被用作资源，而不是滋扰。我们通过在光子晶体波导中加入无序来产生强受限的安德森局域腔模。嵌入波导中的半导体量子点的发射率在与安德森局域模共振时增强了15倍，并且94%的发射单光子耦合到该模式。因此，无序光子介质为量子电动力学提供了一个有效的平台，提供了一种方法来固有的无序鲁棒性量子信息设备。
High-precision metrology of highly charged ions via relativistic resonance fluorescence
通过求解多能级模型中的含时主方程，在相对论条件下研究了激光驱动高电荷态离子的共振荧光。我们的从头算方法的基础上的狄拉克方程允许调查高度相对论离子，因此，提供了一个敏感的手段来测试相关的相对论动力学，束缚态量子电动力学现象和核效应，通过应用相干光与x射线频率。通过测量干涉缩窄的荧光光谱，可以以前所未有的精度确定原子的偶极矩或多极矩。
Quantum-to-Classical Transition in Cavity Quantum Electrodynamics
电磁、机械或其他谐振子的量子特性可以通过研究它们与单量子两能级系统的强相干耦合来揭示，这种方法称为腔量子电动力学（QED）。在远低于特征能级间距的温度下，观察到真空拉比振荡或一个或几个量子的模式分裂，就断言了振荡器的量子性质。在这里，我们研究了腔QED系统的经典响应如何从量子系统中出现时，它的热占领-或有效温度-逐渐提高超过5个数量级。通过这种方式，我们详细探索了连续的量子到经典的交叉，并演示了如何从光谱和时间分辨的真空拉比测量中提取有效的腔场温度。
Automated analysis of single-tone spectroscopic data for cQED systems
用于量子计算的物理系统需要通过执行一系列收集有关给定设备的最精确信息的实验，基于其物理特性来校准控制参数。因此，需要自动化数据采集和解释。在这项工作中，我们已经开发了一个工具，允许自动分析的单频光谱（STS）的结果组成的量子位和谐振器的电路量子电动力学（cQED）架构的单个细胞。使用解析方法和极大似然估计，我们的算法是能够找到所有相关的物理特性的细胞，通过只使用测量的STS数据。所描述的方法快速且对噪声具有鲁棒性，并且其开源Python实现可以很容易地用于校准耦合到陷波端口谐振器的transmon量子位。
Optical resonance shifts in the fluorescence of thermal and cold atomic gases
我们表明，铷原子的冷气体的荧光的共振位移基本上不同于那些遵守标准连续介质电动力学的热原子系综。分析是基于大规模的微观数值模拟和实验测量的共振位移在光传播的稳态响应。
Quantum Electrodynamics of Quantum Dot-Metal Nanoparticles Molecules
从理论上研究了由单个量子点和金属纳米颗粒组成的杂化分子的量子光学性质。我们计算了该杂化体系的共振荧光。它的非相干部分，一个由非线性量子过程引起的，结果是增强了两个以上的数量级相比，在没有金属纳米粒子。在不同的激发功率和强度场关联函数的非微扰计算的散射光谱表明，该系统可以作为一个非线性的超紧凑的双光子开关的入射光子，在一个单一的入射光子场的存在（或不存在）是足以允许（或阻止）随后的光子的散射。我们还发现，入射光场的小频移可能引起强度场关联函数数量级的变化。
Phonitons as a sound-based analogue of cavity quantum electrodynamics
描述了一个长寿命的局域声子和一个物质激发的量子力学叠加。我们确定了实现应变硅：一个低洼的施主过渡（P或Li）驱动的声学声子在高Q声子腔可以建立的波长。这种声子-物质共振示出进入强耦合制度，其中的“真空”拉比频率超过自发声子发射到非腔模式，声子从腔泄漏，声子非谐性和散射。我们引入了微柱分布式布拉格反射器Si/Ge腔，其中Q=10^5-10^6，模体积V<=25*lambda^3是可达到的。这些结果表明，基于这些系统的单体或多体装置是实验上可实现的。
Permanent tuning of quantum dot transitions to degenerate microcavity resonances
我们展示了一种实现偏振简并微柱腔模和嵌入式量子点跃迁之间光谱共振的技术。我们的方法是基于各向同性和各向异性的拉伸应变的激光诱导的表面缺陷的影响，从而提供永久调谐的组合。这种技术是实现基于固态腔量子电动力学的可扩展量子信息方案的先决条件。
Cavity quantum electrodynamics with an out-of-equilibrium quantum dot
本文考虑一个与量子导体及其电子库耦合的超导微波腔电容。我们详细分析了如何测量的腔微波场，这是相关的电子电荷的磁化率，可以用来提取信息的量子导体的输运性质。我们发现，电子库和腔之间的电容耦合的不对称性起着至关重要的作用，在光学测量输运性质。对于非对称电容耦合，光子测量可以用来探测量子导体的有限低频导纳，其实部与微分电导有关。特别地，当量子点远离共振时，电荷磁化率在大范围的频率和电压下与导纳成正比。然而，当量子导体接近谐振时，这种关系通常仅在低频和相等的隧道耦合或低电压下成立。除了这种低能量的近平衡状态之外，电荷的磁化率和光传输提供了对量子导体的新见解，因为光学可观测量与传输量没有直接联系。对于对称的铅电容耦合，我们表明，光学测量可以用来揭示的Korringa-Shiba关系，连接电抗的耗散部分的敏感性，在低频率和低偏置。
Cavity quantum electrodynamic readout of a solid-state spin sensor
稳健、高保真的读出是量子器件性能的核心。对于基于固态自旋缺陷的器件来说，克服不良读出是一个日益紧迫的挑战，特别是考虑到它们在量子传感、量子信息和基础物理测试中的快速采用。固体中的自旋缺陷结合了原子和低温系统的可重复性和精度，以及在紧凑性和操作条件范围方面的实质性优势。然而，尽管在特定系统的实验进展，固态自旋传感器仍然缺乏一个通用的，高保真度的读出技术。在这里，我们展示了高保真度，室温读出的氮空位（NV）中心的合奏通过强耦合到介电微波腔，建立在类似的技术通常应用于低温电路腔量子电动力学。这种强烈的集体相互作用允许自旋系综的微波跃迁被直接探测，从而克服了传统荧光读出的光子散粒噪声限制。应用这种技术的磁力，我们表明磁灵敏度接近约翰逊-奈奎斯特噪声限制的系统。这种读出技术是可行的许多顺磁自旋系统，表现出在微波域的共振。我们的研究结果为通过增大系综尺寸、减小自旋共振线宽或提高腔体品质因数来实现固态自旋传感器的统一读出保真度铺平了道路。
Cavity Quantum Electrodynamics with Hyperbolic van der Waals Materials
本文提出利用超薄极性范德华晶体构成平面腔封装二维电子材料，以实现太赫兹频段超强耦合腔QED，并证明纳米级六方氮化硼层可使双层石墨烯单电子回旋共振进入超强耦合区。
Drude weight, cyclotron resonance, and the Dicke model of graphene cavity QED
当二维电子气的回旋跃迁与腔光子模近似共振时，腔量子电动力学的Dicke模型在凝聚态中近似实现。我们指出，在强耦合极限下，腔回旋共振的Dicke模型必须补充一个在腔光子场中为二次的项，并抑制该模型向超辐射态的跃迁。我们开发的石墨烯腔回旋共振的理论，并表明，二次项，这是缺乏在石墨烯的低能狄拉克模型哈密顿量，在这种情况下动态产生的虚拟带间跃迁。
Nonlinear Spectroscopic Effects in Quantum Gases Induced by Atom-Atom Interactions
我们考虑非线性光谱效应-相互作用增强的双共振和光谱不稳定性-出现在超冷量子气体由于碰撞频率偏移的原子跃迁，因此，由于依赖于粒子的各种内部状态的人口的频率。特别强调的是两个最简单的情况下，（a）气体的二能级原子和（b）双共振气体的三能级玻色子，其中探测跃迁频率保持不变。
Control of spectroscopic features of multiphoton transitions in two coupled qubits by driving fields
研究了两个耦合磁通量子比特的量子能级布居行为随外驱动场特性的变化。在隧道分裂能较小的情况下，得到了任意控制场振幅下多光子跃迁几率的显式表达式。我们描述了可控的功能，它们的形成，从而创建或破坏纠缠的系统偏置调谐上的直接级间跃迁，并在过渡期间通过中间状态。我们发现了量子位数反转的一个特征，其结果是共振位置与量子位耦合强度无关。利用Floquet-Markov方程，我们数值地证明了多光子共振的位置对于耗散过程是稳定的。
Cavity quantum electrodynamics with ferromagnetic magnons in a small yttrium-iron-garnet sphere
将集体自旋激发与具有高协同性的腔体混合，为腔量子电动力学提供了一个新的研究课题，并在量子信息方面具有潜在的应用前景。在这里，我们报告了一个小的钇铁石榴石（YIG）球在低温和室温下与铁磁磁振子腔量子电动力学的实验研究。我们第一次观察到一个强耦合的同一腔模式的铁磁共振（FMR）模式和静磁（MS）模式附近的FMR在量子极限。这是在~ 22 mK的温度下实现的，其中腔中的平均微波光子数小于1。在室温下，我们还观察到在同一YIG球中腔模与FMR模的强耦合，并发现FMR模的阻尼率略有增加。这些观测结果揭示了FMR模式对温度的非凡鲁棒性。然而，MS模式变得不可观察到在室温下，在所测量的透射谱的微波腔含有YIG球。我们的数值模拟表明，这是由于MS模式的阻尼率急剧增加。
Chiral Cavity Quantum Electrodynamics
腔量子电动力学通过将谐振腔耦合到非线性发射极来研究光的粒度，在现代量子信息科学和技术的发展中起着基础性的作用。与此同时，凝聚态物理领域也因为发现了无序时潜在的拓扑鲁棒性而发生了革命性的变化，这种无序通常是由时间反演对称性的破坏引起的，就像量子霍尔效应那样。在这项工作中，我们第一次探讨了在拓扑真空的Harper-Hofstadter拓扑晶格的transmon量子比特的腔量子电动力学。为了实现这一点，我们组装了一个正方形晶格的铌超导谐振器和打破时间反演对称性，通过引入亚铁磁体耦合系统之前，一个单一的transmon量子位。我们光谱解决个别散装和边缘模式的晶格，检测真空刺激拉比振荡之间的激发transmon和每个模式，从而测量合成真空诱导兰姆位移的transmon。最后，我们证明了使用transmon来计算拓扑能带结构的每个模式内的单个光子的能力。这项工作开辟了手征量子光学实验领域，为拓扑多体物理提供了新的途径，并为后向散射弹性量子通信提供了独特的方法。
Structured Cavity Quantum Electrodynamics
研究半导体腔量子电动力学系统中结构化光与物质相互作用，通过构建特定腔模式，定位量子点并调谐波长，实现了具有自旋锁定手性OAM和可工程化自旋轨道纠缠的腔增强单光子发射，开启新范式推动相关技术发展。
Spin-boson model with an engineered reservoir in circuit quantum electrodynamics
耦合到开放传输线的超导量子比特表示具有宽带环境的自旋玻色子模型的实现。我们表明，这种环境可以通过在传输线中引入部分反射器来设计，从而使自旋玻色子模型的谱函数J（ω）成形。可以通过测量量子位的共振荧光来访问光谱函数，这提供了关于工程环境以及量子位与传输线之间的耦合的信息。没有部分反射器的传输线的谱函数被发现是欧姆在很宽的频率范围内，而峰值谱密度被发现的形状的环境。我们的工作奠定了基础，未来的量子模拟的其他，更复杂的，杂质模型与超导电路。
An Ab initio Framework for Simulating Ultrafast Nonlinear Cavity Quantum Electrodynamics Spectra
本研究提出了名为cQUEDA的从头算框架，可模拟分子极化激元的超快非线性腔QED光谱，计算高效且适用性广，解决了腔QED中极化激元超快动力学模拟的核心问题。
Dual-Resonance Enhanced Quantum Light-Matter Interactions In Deterministically Coupled Quantum-Dot-Micopillars
光学微腔已被广泛用于增强光激发或光子发射过程，以促进纳米尺度下的光物质相互作用。当微腔提供的光共振同时促进激发和发射过程时，如本文所述的双共振条件，许多纳米光子器件的性能接近最佳。在这项工作中，我们提出了确定性耦合的量子点（QD）-微柱中的双共振条件的通用访问，这使得激子（X）-带电激子（CX）跃迁的发射具有改善的单光子纯度。此外，在双共振条件下实现了罕见的上转换单光子发射过程。我们进一步利用高阶腔模的矢量性质，在双共振条件下显著提高了激发效率。量子体系中的双共振增强的光-物质相互作用为开发基于腔量子电动力学（QED）效应的集成量子光子器件提供了一条可行的途径，高效量子光源和量子逻辑门。
Frequency shifts in gravitational resonance spectroscopy
超冷中子在引力场中的量子态将通过引力共振谱来表征。本文讨论了光谱测量中出现的系统效应。所讨论的频率偏移，我们称之为斯特恩-格拉赫偏移，干扰偏移和旁观者状态偏移，出现在可想象的测量方案中，具有普遍的重要性。在精密度实验中必须考虑这些变化。
Cavity Quantum Electrodynamics Design with Single Photon Emitters in Hexagonal Boron Nitride
六方氮化硼（h-BN）是二维（2D）纳米电子学中的电介质和封装层的普遍绝缘晶体，也是2D纳米机电系统（NEMS）中的结构材料，随着最近发现光学活性缺陷中心和相关自旋态，也迅速成为量子光子学的有前途的平台。结合测量的发射特性，在这里，我们提出并数值研究了腔量子电动力学（cavity-QED）计划，将这些缺陷使单光子发射器（SPE）在h-BN微盘谐振器。微盘的回音壁性质可以同时支持具有不同径向和方位角模式指数的多个腔谐振族，克服了在空间和光谱上使单点缺陷与光学模式的最大电场重合的挑战。h-BN SPE的优异特性，包括优异的发射速率、相当高的Debye-Waller因子和室温下傅里叶变换有限的线宽，使得耦合与衰减速率之比g/max（γ，\k{appa}）高达500。这项研究不仅提供了深入了解发射极-腔相互作用，而且有助于实现h-BN光子器件，如低阈值微腔激光器和高纯度单光子源，对线性光学量子计算和量子网络应用至关重要。
Quantitative analysis of quantum dot dynamics and emission spectra in cavity quantum electrodynamics
我们提出了失谐相关的光谱和衰减率的测量，以研究嵌入微柱和光子晶体腔中的单量子点的光谱和动力学性质之间的差异。对于微柱腔，动力学很好地描述了耗散Jaynes-Cummings模型，而系统的偏差观察到的发射光谱。光谱的差异归因于其他激子线与腔的耦合以及量子点发射的场朝向检测器的不同传播路径的干扰。相反，有关系统的定量信息可以很容易地从动态测量中提取。在光子晶体腔的情况下，我们观察到一个反交叉的光谱时，通过共振失谐一个单一的量子点，这是强耦合的光谱特征。然而，时间分辨的测量结果表明，实际的耦合强度是显着小于预期的光谱测量和量子点是相当弱的耦合到腔。我们认为，所观察到的拉比分裂是由于其他量子点和/或多激发复合物引起的集体发射效应的腔馈电。
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