Cavity-enhanced and spatial-multimode spin-wave-photon quantum interface
本文基于费马光学定理构建支持6个TEM00模式的环形腔，利用冷原子DLCZ过程实现12模空间复用的自旋波–光子量子接口，获得70%零延迟本征读取效率和0.6 ms有效存储时间。
2023-07-24 quant-ph
Tripartite Entanglement in Multimode Cavity Quantum Electrodynamics
Department of Computer Science, Purdue University（普渡大学计算机科学系）；Department of Physics and Astronomy, Rice University（莱斯大学物理与天文学系）；Department Materials Science and Engineering, Ohio State University（俄亥俄州立大学材料科学与工程系）
研究多模腔量子电动力学中量子比特三体纠缠的生成与动力学，揭示退化效应及损耗对纠缠的影响，为量子网络和存储器发展提供新思路。
2025-07-16 quant-ph
High contrast qubit interactions using multimode cavity QED
我们介绍了一种新的多模腔QED超导电路结构，可用于实现光子存储器，更有效的Purcell滤波器，和光子材料的量子模拟。我们表明，由多模腔介导的量子位相互作用可以在不牺牲门速度的情况下，指数地提高两个量子位门的对比度。使用通过三模腔系统耦合的两个量子比特，我们在光谱上观察到高达102 MHz的多模强耦合，并证明当量子比特从腔共振失谐约600 MHz时，抑制了10 kHz的非共振相互作用。我们研究了多模系统中的Landau-Zener跃迁，并证明了在25 ns内单光子进入多模腔的准绝热加载。我们引入了一种绝热门协议，在95 ns内实现了量子比特之间的受控Z门，并产生了保真度为94.7%的Bell态。这对应于1000的开/关比（栅极对比度）。
2014-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlocal quantum memory effects in a correlated multimode field
我们回顾了两个量子比特耦合到一个环境中的模型，该环境由非局部相关场模式组成[Phys. Rev.Lett. 108，210402（2012）]。我们推导出了两量子比特系统的简化动力学的正确表达式，并证明了强非局域记忆效应确实存在于合适的EPR型高斯初始环境状态。
2013-10-29 quant-ph
Quantum Zeno effect in the multimode quantum Rabi model
研究了多模量子Rabi模型（MQRM）的量子Zeno效应（QZE）和量子反Zeno效应（QAZE）。导出了腔模初始处于热平衡态时的生存概率衰减率的解析表达式。由于高频腔模引起的能量回流，观察到了从QZE到QAZE的交叉。此外，我们应用基于热场动力学（TFD）理论和矩阵乘积态（MPS）的数值精确方法研究了腔模压缩对MQRM的QZE的影响。讨论了压缩角、压缩强度和温度对生存概率衰减率的影响。
2019-04-08 quant-ph
An adjustable-length cavity and Bose-Einstein condensate apparatus for multimode cavity QED
我们提出了一个新颖的腔QED系统，其中玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）被捕获在一个高精细光学腔中，该腔的长度可以被调节以访问单模和多模配置。我们证明了在这两种配置的原子系综腔的耦合。原子被限制在腔内的远偏离共振光偶极阱（FORT）或交叉光偶极阱通过横向取向的激光。多模腔QED为腔内BEC提供了完全出射的动态光晶格。这样的系统将使量子软物质的探索成为可能，包括超流近晶、超流玻璃、自旋玻璃以及神经形态联想记忆。
2014-11-20 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Metrics and properties of optimal gauges in multimode cavity QED
本研究聚焦多模腔QED中截断希尔伯特空间计算的规范选择问题，提出最优规范的定义与性能度量方法，证明最优规范具有模式依赖性，且与光物纠缠最小的情形不对应。
2023-08-22 quant-ph
Few-photon transport via a multimode nonlinear cavity: theory and applications
波导耦合局域量子系统中的少光子输运引起了广泛的理论和实验研究。大部分的研究都集中在原子或类原子局域量子系统，因为它们具有强的光-物质相互作用，有利于量子应用。本文研究了具有二阶体非线性的波导耦合多模光腔中的少光子输运。我们开发了一个费曼图的方法和计算的散射矩阵的单光子和双光子输运。基于计算的散射矩阵，我们表明，高度非经典光子效应，包括光子阻塞和$π-$条件相移，可以实现在波导耦合多模光学腔系统通过量子干涉和线性响应工程。我们的研究结果可能会导致量子光子电路在全光量子信息处理和量子网络协议中的重要应用。
2022-09-08 physics.optics quant-ph
Quantum annealing with ultracold atoms in a multimode optical resonator
在高$Q$多模腔中，在零温度附近，稀填充的$N$位光晶格可以映射到在所有长度尺度上具有可剪裁相互作用的自旋系综。有效的全位点对位点相互作用矩阵可以通过应用高达合适几何形状、频率和功率的$N(N+1)/2$激光束来动态地控制，这允许依赖于实时可控的全对全有效自旋耦合来实现量子退火动力学。从超流初态出发，通过绝热扫描，可以找到该系统的最低能量定态。由于腔模是有损耗的，因此可以修正误差，并且即使从有限温度状态通过基态腔冷却仍然可以达到基态。最终原子态的物理性质可以直接且几乎无损地从腔输出场读出。作为例子，我们模拟了一个量子Hopfield联想记忆方案。
2016-12-22 quant-ph
Coupling phase interference effects in a multimode cavity magnonics system
IMT Atlantique（IMT大西洋学院）；kwan-tek；University of Western Australia（西澳大学）
研究多模腔磁振子系统中耦合相位干涉效应，用考虑内外部耦合相位的输入-输出模型，与实验微波传输测量一致，揭示位置依赖解耦模式及反共振频率处大非互易性，建立耦合相位工程原则。
2026-10-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Non-Markovian Quantum Dynamics in Strongly Coupled Multimode Cavities Conditioned on Continuous Measurement
非马尔科夫开放量子系统中的一个重要挑战是了解我们从输出场的连续测量中获得什么信息。例如，多模腔QED系统中的原子提供了一个令人兴奋的平台来研究多体现象，其中原子之间以及与腔的强耦合，但是强耦合使得从输出光推断原子的条件态变得复杂。在这项工作中，我们解决这个问题，通过一个条件层次的运动方程，它提供了一个精确的条件下减少描述的监测（和连续反馈）描述减少原子状态。我们利用这种形式主义，研究如何不同的监测模式的多模腔影响我们的信息增益的原子状态，并提高自旋压缩通过测量和反馈在强耦合制度。这项工作打开了机会，了解非马尔可夫开放量子系统的连续监测，无论是在实践和基础水平。
2022-02-09 quant-ph
Multimode Entangled Squeezed Light Generation and Propagation in a Coupled-Cavity Photonic Crystal
Queen’s University（女王大学）
本文提出了一种高效方法，用于在多模式光子晶体耦合谐振腔系统中生成并维持纠缠压缩光态。
2025-12-19 quant-ph
Strong coupling in multimode quantum electromechanics
腔电（光）力学使我们不仅可以在大质量物体中获得单个孤立的力学模式，而且可以获得多个力学模式。本文提出了一种多模机电系统，在该系统中，多个薄膜振动模耦合到一个三维环隙超导微波腔。机械顺应的窄隙电容器上的电场的紧密限制使系统在红边带泵浦场下进入量子强耦合状态。我们证明了两个机械模式之间的强耦合，这是由双音参量驱动和介导的虚光子在腔中。可调谐的机械模式间耦合可以用于在机械模式之间产生纠缠。
2016-02-04 quant-ph
Beyond Strong Coupling in a Massively Multimode Cavity
近年来，在腔量子电动力学（QED）高度可控、精确和模块化实验的刺激下，光物质相互作用的研究重新兴起。强耦合的实现，其中单个原子和基本腔模式之间的耦合超过了衰变率，是一个重要的里程碑，为许多新的研究打开了大门。在这里，我们引入多模强耦合（MMSC），其中耦合与腔的自由光谱范围（FSR）相当，即量子位从腔中吸收光子的速率与光子在腔中的往返传输速率相当。我们实现，通过电路QED架构，第一次实验访问MMSC制度，并报告显着广泛和结构化的共振荧光，其起源超出腔增强的边带。我们的研究结果捕捉复杂的多模，多光子过程，并出现超窄线宽。除了这里提出的新现象，MMSC在探索光-物质相互作用方面开辟了一个重要的新方向。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multimode Optomechanics as a Prototype of Mediated Interactions
我们从理论上研究了两个量子模通过局域耦合到耗散场的相互作用。我们的模型考虑了两个不同频率的机械模式耦合到同一腔模式的光机械。耗散腔场介导了机械模式之间的相互作用，但也导致了机械振荡器的退相干。取决于有效相互作用强度和耗散率之间的比率，其可以通过泵浦失谐来选择，相互作用呈现量子力学或经典特征。对于任何腔衰减，有一个制度，其中两个机械模式以非经典的方式相互作用，这使我们得出结论，光学机械系统可以作为一个模型，实验研究的经典或量子力学场介导的长程相互作用的影响。
2014-04-23 quant-ph
Multimode optomechanical dynamics in a cavity with avoided crossings
腔光学力学为控制光场和机械运动提供了强有力的方法。许多建议已经预测，这种控制可以在多个腔模式通过单个机械振荡器的运动彼此耦合的设备中得到相当大的扩展。在这里，我们研究这样一个多模光机械设备的动力学特性，其中腔模式之间的耦合的结果从机械诱导避免交叉腔的频谱。在避免的交叉点附近，我们发现光学弹簧显示出由腔模之间的相互作用产生的独特特征。精确地在一个避免的交叉，我们表明，特定形式的光学弹簧提供了一个经典的模拟的量子非爆破测量的腔内光子数。机械振荡器的布朗运动，在这些测量中的噪声的一个重要来源，是最小化操作的设备在低温温度（500 mK）。
2014-09-10 physics.optics quant-ph
Cavity quantum acoustic device in the multimode strong coupling regime
我们研究了电路量子电动力学的声学模拟，便于紧凑的高Q（${>}20,000$）微波频率腔与密集的频谱。我们制造和表征了一种器件，该器件包括耦合到$300\,\mathrm{μm}$长表面声波谐振器的通量可调transmon。对于某些模式，量子位-腔耦合达到$6.5\,\mathrm{MHz}$，超过腔损耗率（$200\,\mathrm{kHz}$）、量子位线宽（$1.1\,\mathrm{MHz}$）和腔自由光谱范围（$4.8\,\mathrm{MHz}$），使器件处于强耦合和强多模状态。随着量子比特从腔中失谐，我们表明，色散位移的行为根据广义Jaynes-Cummings哈密顿量的预测。最后，我们观察到，量子位线宽强烈依赖于它的频率，预期的自发发射的声子，我们确定的工作频率，这种发射率被抑制。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emergent superfluid crystals, frustration, and topologically defected states in multimode cavity QED
我们提出，凝聚态现象涉及自发出现和晶格动力学可以实现在设置超冷玻色凝聚原子耦合到多模腔。以前，它表明，在横向泵浦单模腔的情况下，原子自组织在腔模式的偶数或奇数波腹，给予足够的泵浦强度，因此自发地打破离散的平移对称。在这里，我们证明了在多模腔中，自组织通过Brazovskii转变的变体带来了连续平移对称性破缺的额外特征，从而为实现柔顺晶格和相关现象铺平了道路，例如，量子熔化、拓扑缺陷、挫折、玻璃化，甚至超固体;当光晶格被外部施加时，这些现象在超冷原子系统中是不存在的。我们应用一个功能积分的方法，这个多体腔QED系统，这使我们，除其他外，计算过渡阈值，探索这个过渡附近的波动，并确定这种波动是如何体现在从腔发出的光。
2009-04-20 cond-mat.other quant-ph
Tuning photon-mediated interactions in a multimode cavity: from supersolid to insulating droplets hosting phononic excitations
本文提出将玻色气体耦合到多模环形腔，利用可调范围的光子介导相互作用实现超固体和绝缘液滴相，并揭示其中存在类声子激发模式。
2023-10-26 cond-mat.quant-gas quant-ph
The Multimode Character of Quantum States Released from a Superconducting Cavity
本研究针对超导电路中可调耦合伴随非线性导致多光子态输出呈多模的问题，以超导谐振腔释放量子态为例，用磁通可调耦合器控制过程，量化多模特性并探讨优化量子态传输保真度的方法。
2023-06-21 quant-ph
Route from spontaneous decay to complex multimode dynamics in cavity QED
本文研究了多模开放腔中发射体的非马尔可夫量子动力学，重点研究了发射体与高频腔模共振的情况。基于适用于开放光子结构的格林函数技术，我们研究了三种不同制度之间的交叉耦合强度逐渐增加：（i）过阻尼衰减的时间尺度由Purcell修改的衰减率，（ii）欠阻尼振荡的时间尺度由有效真空拉比频率，和（iii）脉冲复兴。最后的多模强耦合制度（iii）引起量子复兴的原子反转的时间尺度与腔往返时间。我们发现，捕捉这些制度之间的交叉的关键参数是非线性兰姆位移，占我们的形式主义。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Collective strong coupling in multimode cavity QED
我们研究了一个原子-腔系统，其中腔具有多个简并横模。模式分辨腔透射光谱揭示了良好的解决原子腔共振的几个腔模式，集体强耦合的不同模式的签名。此外，实验还表明，腔模之间是通过腔中的原子系综耦合的。详细的理论分析支持的实验观察。这项工作为在基于腔的量子信息处理中使用相互作用的简并模式铺平了道路，其中对应于不同腔模式的量子比特通过两种模式共享的原子相互作用。我们的研究结果也与超冷原子量子自旋玻璃的实验实现有关。
2013-05-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Emergent and broken symmetries of atomic self-organization arising from Gouy phase shifts in multimode cavity QED
光学腔可以诱导腔内囚禁原子间的光子介导相互作用。多模腔提供了调谐这些相互作用的形式的能力，例如，通过引入一个非局部的，符号变化的相互作用项。通过解释近简并共焦法布里-珀罗腔中模式的Gouy相移，我们提供了这种相互作用的理论描述，以及补充配套论文（参考文献[1]）中提出的额外实验确认。此外，我们表明，这种相互作用应该写在一个复杂的序参量，允许一个U（1）-对称出现。这种对称性对应于当腔被横向泵浦到临界阈值功率以上时由自组织产生的原子密度波的相位。我们从理论上和实验上证明了这个相位如何依赖于腔内玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的位置，并讨论了打破U（1）对称性和锁定这个相位的机制。然后，我们考虑替代的法布里-珀罗多模腔几何形状（即，超越共焦）和计划与一个以上的泵浦激光器，并表明这些提供额外的能力，调谐腔介导的原子之间的相互作用，包括恢复的能力，尽管存在的破缺效应的U（1）对称性。这些光子介导的相互作用可用于实现量子液晶态和使用多模光学腔的自旋玻璃。
2018-10-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Correlated frequency noise in a multimode acoustic resonator
该研究通过同时测量SAW谐振器中14个模式超过七小时，揭示了TLS缺陷引起的相关频率噪声及类似宇宙辐射的异常反相关噪声爆发，为量子器件频率不稳定性来源提供了新证据。
2024-05-28 quant-ph
Quantum Dispersive Waves and Multimode Squeezing in Pure-Kerr Parametrically Driven Cavity Solitons
Institute for Physical Science and Technology, University of Maryland（马里兰大学物理科学与技术研究所）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Department of Mechanical Engineering, University of Maryland（马里兰大学机械工程系）；University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）；National Quantum Laboratory (QLab) at Maryland（马里兰国家量子实验室）
本文首次给出纯Kerr参量驱动腔孤子的多模量子描述，揭示阈值以下的单模和双模压缩以及阈值以上的新型量子色散波，并展示高达20 dB的压缩。
2026-06-03 physics.optics quant-ph
Sign-changing photon-mediated atom interactions in multimode cavity QED
改变符号的相互作用构成了创建受挫多体系统（如自旋眼镜）的关键因素。本文研究了共焦腔中玻色-爱因斯坦凝聚态原子间的光子变号相互作用。两个原子之间的相互作用是一种不寻常的、非定域的形式，与原子位置矢量的内积的余弦成正比。这种相互作用产生于腔的简并模式的不同的古伊相移。此外，这些Gouy相位异常诱导了由系统中的非平衡Dicke型相变引起的原子密度波自序中的额外的Z_2-破缺模式。这种状态是通过腔的超辐射发射的全息成像来检测的。与文献[1]一起，我们探讨了这种相互作用对多模腔中超辐射相变的影响。在腔QED自旋系统中使用这种相互作用可以创建人工自旋玻璃和量子神经网络。
2018-10-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Seamless high-Q microwave cavities for multimode circuit QED
多模腔量子电动力学-一个二能级系统同时与许多腔模相互作用-为量子信息处理和量子光学提供了一个通用的框架。由于长的相干时间和大的相互作用强度的组合，腔QED的领先实验平台之一涉及将超导电路耦合到3D微波腔。在这项工作中，我们实现了一个3D多模电路QED系统的单光子寿命为$2$ ms和合作的$0.5-1.5\times10^9$跨9个模式的一种新的无缝腔。我们展示了各种协议的通用单模量子控制适用于所有腔模式，只使用一个单一的驱动线。我们通过开发一种简单的长笛方法来实现这一目标，该方法用于创建单片超导微波腔，降低损耗，同时允许控制模式谱和模式-量子位相互作用。我们强调了这种技术的灵活性和易于实施，通过使用它来制造各种3D腔的几何形状，提供了一个模板，工程多模量子系统具有非常低的耗散。这项工作是实现硬件高效随机存取量子存储器和处理器的重要一步，也是探索光子量子多体物理的重要一步。
2020-11-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Cascaded optical transparency in multimode-cavity optomechanical systems
电磁感应透明在许多物理学科中具有重要的理论和实验意义，如原子物理学、量子光学和最近的腔光学力学。光延迟是电磁感应透明最显著的特征，而在腔光力学中，光延迟受边带分辨机械模的机械耗散率的限制。在这里，我们演示了一个级联的光学透明方案，通过利用参量声子-声子耦合在多模光学机械系统，其中低阻尼机械模式在未分辨边带制度耦合到一个中间，高频机械模式在光学腔的分辨边带制度。扩展的光延迟和更高的传输，以及光学进步的表现。这些结果为实现超长光延迟提供了一条途径，标志着向集成经典和量子信息存储器件迈出了重要一步。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multimode-cavity picture of non-Markovian waveguide QED
Universität Ulm（乌尔姆大学）；NEST, Istituto Nanoscienze-CNR（意大利国家纳米科学技术研究所（NEST））；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
本文提出了一种多模式谐振腔视角来描述和解释非马尔可夫波导量子电子学问题，通过将波导分解为多个块来直观描述，其中直接耦合到原子的块代表一个有效漏损的多模式谐振腔，从而形成一个有效的白噪声浴。通过保留有限数量的谐振腔模式（随时间延迟增加而增加）来近似动力学，能够捕捉原子和场的动力学，即使在多激发情况下也能在发射和散射过程中发挥作用。作为应用，作者展示了最近识别的非马尔可夫稳态可以通过保留非常少甚至仅一个谐振腔模式来理解。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mirrors-light-atoms entanglement in ring optomechanical cavity
本文描述了一个原子光学机械系统的实现，其中原子系综被限制在由一个固定镜和两个可动镜组成的环形光学机械腔中。的动态和线性化的方程的分析允许导出多模协方差矩阵。在实际的实验条件下，利用对数负性数值模拟了两体和三体系统的稳态连续变量纠缠，并分析了多模系统中的共享纠缠.原子介质的引入可以获得更大的纠缠平台，并对温度退散效应具有更强的弹性。
2022-09-27 quant-ph
Photon-mediated Peierls Transition of a 1D Gas in a Multimode Optical Cavity
电荷密度波的佩尔斯不稳定性是声子驱动的强关联物理学的典型例子，与拓扑量子物质和奇异超导性密切相关。我们提出了一种方法来实现一个类似的光子介导的佩尔斯跃迁，使用一个系统的相互作用玻色或费米原子的一维管内的多模共焦腔。横向抽运腔在原子系统中设计了腔介导的金属到绝缘体的转变。对于在Tonks-Girardeau极限下的强相互作用玻色子，这种跃迁可以理解为（通过费米子化）佩尔斯不稳定性。我们将计算扩展到相互作用强度的有限值，并推导出腔场和质量间隙的解析表达式。它们表现出非平凡的幂律依赖于无量纲的物质-光耦合。
2020-07-31 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Limits of Perturbation Theory for Multimode Light Propagation in Dispersive Optical Cavities
本文研究了多模光在色散光学谐振腔中传播的微扰理论极限，探讨了群速度色散对量子光操控的影响，并分析了微扰方法的有效性和局限性。
2025-12-03 quant-ph
Fast Sideband Control of a Weakly Coupled Multimode Bosonic Memory
本文提出两种 transmon 介导的快速边带控制策略，在弱色散耦合的十模超导腔中实现光子数选择性 SWAP、Fock/NOON 态及二项式编码，最快达裸耦合30倍，编码保真度96.3%。
2025-03-13 quant-ph
Multimode-polariton superradiance via Floquet engineering
我们考虑一个近平面腔中的超冷玻色子原子系综，由远失谐激光驱动，其相位在与横腔模间距相当的频率下调制。我们表明，一个强大的，色散的原子-光子耦合可以达到许多横腔模式一次。由此产生的Floquet极化激元涉及一组腔模式与原子云的密度激发的叠加。这些模式之间的相互作用导致不同的避免极化激元之间的交叉。增加激光驱动强度，一个低洼的多模Floquet极化激元软化，并最终成为undamped，相应的过渡到一个超辐射，自组织阶段。我们证明了稳定的定态的参数范围很广。
2022-01-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Studying Qubit Interactions with Multimode Cavities Using QuTiP
该项目使用一种量子计算框架QuTiP来模拟通过三个谐振器相互耦合的两个量子比特之间的相互作用。该项目的主要目的是建立技术机制，以理解使用QuTiP功能的复杂量子位-腔相互作用。该系统模拟模仿了McKay et.模拟结果与M15的实验结果基本一致。研究了量子比特与腔场之间耦合强度的影响。据观察，更强的耦合产生更大的本征模式之间的分离。涉及共振的研究被用来构建iSWAP门，一种通用的量子逻辑门。这项研究表明，由于腔耗散，量子位衰变和退相的外部热损失的重要性。Landau-Zener模型针对多个交叉的情况进行了测试;该模型激励了三种情况的比较，其中2个量子比特通过1个腔、3个腔和6个腔耦合。该研究得出结论，具有多个模式，这是具有多个腔的结果，有利于将能量从量子比特转移到腔。最后，在该系统中测量了交流斯塔克位移，其动力学与M15的实验结果吻合得很好。
2019-12-05 quant-ph
All-Fiber Source and Sorter for Multimode Correlated Photons
光子占据多个空间模式，为实现高维量子通信提供了巨大的希望。我们利用自发四波混频在少模光纤中产生多模光子对。我们使用全光纤模式分类器显示光子在光纤模式基础上相关。我们的演示为实现基于标准商用光纤的全光纤配置的高维量子协议提供了一个重要的构建模块。
2022-04-15 physics.optics quant-ph
Resolving Phonon Fock States in a Multimode Cavity with a Double-Slit Qubit
我们求解了耦合到多模声腔中的超导量子比特的声子数态。这种分辨率的关键是量子位-声子相互作用中的尖锐频率依赖性，该相互作用是通过将量子位耦合到由$\sim40$声波波长分开的两个位置的表面声波来设计的。类似于双缝衍射，由此产生的自干涉在量子比特-声子相互作用中产生高对比度的频率结构。我们观察到这种频率结构的耦合率多腔模式和量子位自发发射率到无约束模式。我们使用这种尖锐的频率结构，通过将量子比特调谐到相消干涉的频率来解析单个声子，其中所有的声学相互作用都是色散的。通过激发几个失谐但强耦合的声子模式和测量所产生的量子比特谱，我们观察到，对于两种模式，该设备进入强色散制度，其中单个声子的光谱解析。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable-range, photon-mediated atomic interactions in multimode cavity QED
光学腔QED为研究驱动耗散系统中的量子多体物理提供了一个平台。单模腔在腔内原子之间提供强的、无限程的光子介导的相互作用。然而，从探索超越平均场近似的量子多体物理学的角度来看，这些全局的所有对所有的耦合是有限的。目前的工作表明，本地耦合可以创建使用多模腔QED。这是通过测量超辐射、自组织相变与原子位置的阈值来建立的。具体地说，我们的实验表明，近简并腔模式的干涉导致强和可调范围之间的相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体（玻色爱因斯坦凝聚体）被困在腔内。我们利用共焦腔的对称性来测量真实BEC和它们的虚像之间的相互作用，而不需要由真实BEC合并产生的不必要的贡献。原子-原子耦合可以从短程调谐到长程。这种能力为未来探索奇异的、强关联的系统铺平了道路，如量子液晶和驱动耗散自旋玻璃。
2017-08-29 cond-mat.other cond-mat.quant-gas quant-ph
Multimode phonon-mediated enhancement of entanglement and competing synchronization in cavity magnomechanics
Abdelmalek Essaadi University（阿卜杜勒马利克·埃萨迪大学）；Nantong University（南通大学）；University of Yaounde I（雅温得第一大学）；Akal University（阿克大学）
本文提出多模声子介导机制，利用多振动模式作为平行散射通道耦合腔-磁振子极化激元，实现稳态纠缠增强，且极化激元模式量子同步与纠缠源于相同散射过程，为混合磁力学平台操控量子关联提供新途径。
2026-08-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fiber ring resonator with nanofiber section for chiral cavity quantum electrodynamics and multimode strong coupling
我们实验上实现了一个光纤环形腔，包括一个锥形部分与亚波长直径腰部。在该部分中，被引导的光表现出显著的渐逝场，其允许与光学发射器的有效接口。一个商业可调谐光纤分束器提供了简单和强大的耦合到谐振器。谐振腔的关键参数，如其输出耦合率，自由光谱范围和双折射率可以调整。由于低锥度和耦合损耗，谐振器表现出F=75+/-1的无载精细度，足以达到用于放置在倏逝场中的发射器的强耦合的状态。该系统非常适合于沿超导截面捕获激光冷却的原子系综。基于测量的参数，我们估计该系统可以作为一个平台，光学多模强耦合实验。最后，我们讨论了基于手征量子光学应用的谐振腔的可能性。
2016-11-04 physics.optics quant-ph
Coherence and multimode correlations from vacuum fluctuations in a microwave superconducting cavity
真空涨落的存在是现代量子场论最重要的预言之一。在真空状态下，不同频率的波动是不相关的。然而，如果场的拉格朗日函数中的参数由外部泵浦调制，则真空波动会激发自发下转换过程，从而在相对于泵浦频率的一半对称的模式之间产生压缩。在这里，我们表明，通过超导微波腔的双参数泵浦，有可能产生另一种基本类型的相关性，即在不同频率模式的光子之间的相干性。相干关联是可调的泵的相位，并建立了一个量子涨落，刺激同时创建两个光子对。我们的分析表明，这种真空诱导的相干性的起源是在频率空间中的“哪条路”的信息的缺乏。
2018-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multimode Ultrastrong Coupling in Three-Dimensional Photonic-Crystal Cavities
本研究在太赫兹频率下的三维光子晶体腔中实现了多模超强耦合，发现腔模空间分布显著影响耦合行为，实验结果与多模扩展Hopfield模型高度一致，揭示了空间非均匀腔模分布对探测超强耦合区量子现象的重要性。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multimode optomechanical cooling via general dark-mode control
暗模效应是光场耦合多简并模基态冷却的一个严重障碍。在这里，我们提出了一个双腔模式的方法，同时基态冷却的两个简并或近简并的机械模式，打破暗模式。我们发现，辅助腔模的引入不仅打破了暗模效应，而且提供了一个新的冷却通道来提取存储在暗模中的热激发。此外，我们研究了由两个腔模和两个机械模组成的广义网络耦合四模光机系统中打破暗模的一般物理耦合结构。我们找到了该系统的解析暗模破缺条件。该方法具有通用性，可推广到多机械模光机系统中，用以消除暗模效应，实现同时基态冷却。通过研究N型四能级原子系统中暗态效应的破缺，我们也揭示了暗模破缺的物理机制。我们的结果不仅为物理学中各种暗模和暗态效应的控制提供了一种通用的方法，而且也为多机械谐振腔系统中宏观量子现象的研究和应用提供了机会。
2022-08-03 quant-ph
Superconducting cavity piezo-electromechanics: the realization of an acoustic frequency comb at microwave frequencies
我们提出了一个非线性多模超导电声系统，超导动力学电感和压电强耦合之间的相互作用建立了一个有效的克尔非线性之间的多个声学模式在10 GHz的，很难实现通过固有的机械非线性。通过激发这种多模克尔系统与一个单一的微波音，我们进一步证明了一个相干的电声频率梳，并提供理论上的理解多模非线性相互作用的超强耦合限制。这种非线性超导电声系统揭示了多模谐振器系统的主动控制，并提供了一个使平台的微波频率下的微梳的动态研究。
2022-07-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Noise-enhanced Ballistic Expansion of Polariton Wave-packets in a Multimode Cavity
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
利用随机多模Tavis-Cummings模型，研究退相噪声如何导致极化激元波包在实空间中的多时间尺度动力学层次，并预测噪声可增强弹道扩展并维持两个数量级以上的时间。
2026-05-27 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Arbitrary multimode Gaussian operations on mechanical cluster states
我们考虑由一个驱动腔模与一组机械谐振器相互作用组成的光-机电量子系统。已经提出，后者可以在任意簇状态中初始化，包括用于基于测量的量子计算（MBQC）的通用资源状态。我们表明，尽管在此设置的机械谐振器的直接测量的不可用性，计算仍然可以进行到一个很高的精度。特别是，通过将机械谐振器适当地耦合到腔场并连续监测后者的泄漏，可以间接地实现任意高斯MBQC所需的测量。我们提供了一个彻底的理论分析，通过间接测量获得的性能，比较它们与直接测量时可以实现的。我们表明，在目前的实验能力范围内，高水平的保真度是可以达到的参数制度。
2017-09-12 quant-ph
Fluctuation amplification engineering in multimode Raman-cavity systems
本研究将涨落工程推广至多模拉曼腔系统，证明共振/非共振集体涨落可通过光子和声子能带色散非互易控制，发现特定模式腔涨落放大超√N缩放，为量子传感和太赫兹光谱提供新途径。
2025-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quenches across the self-organization transition in multimode cavities
当驱动激光器的频率被调谐到接近但低于腔共振时，光学谐振腔中的冷的稀原子气体可以通过相干散射过程被辐射冷却。此外，当被充分照射时，原子的稳定状态经历了从均匀密度到晶体有序的相变。我们描述了这种自序过程的动力学在半经典制度时，不同的腔模式与相称的波长是准共振驱动的激光场通过散射的原子。激光同时施加并均匀地照射原子，它们的频率被选择为使得原子被辐射过程冷却，它们的强度要么突然切换要么缓慢地跨越自序跃迁。不同的斜坡协议的数值模拟预测，该系统表现出长寿命的亚稳态，其发生强烈依赖于初始温度，斜坡速度，和原子数。
2017-09-22 quant-ph
Quantum optomechanics of a multimode system coupled via photothermal and radiation pressure force
我们提供了一个完整的量子描述的光学机械系统形成的法布里-珀罗腔与可移动的微机械镜的质心和内部弹性模式耦合到驱动腔模式的辐射压力和光热力。采用量子朗之万描述，我们研究的同时冷却的弹性和质心模式，以及纠缠特性的光力学多体系统在其稳定状态。
2012-08-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Determining the squeezing in multimode fields using nonlocal quantum probes
本文提出了一种利用非局域量子探针动力学来计算多模光场压缩参数的方案。所考虑的模型是由两个二能级系统，这是本地耦合到由双模高斯态给出的非局部相关场模式的环境。引入独立可切换的相互作用，人们观察到两量子比特系统的非局域相干性的恢复，这些恢复明确地与高斯环境态的压缩参数相关联。因此，局域相互作用的两个二能级系统代表了多模光场压缩的动力学量子探针。它最后表明，完美的复苏非局部相干性也持续非纠缠相关场模式和这种现象的解释是通过将其连接到环境耦合算子的相关系数。
2014-10-13 quant-ph
Multimode strong-coupling quantum optomechanics
本文从理论上研究了通过线性或二次光机械相互作用耦合到单个腔场模的多个机械振子的动力学。我们特别关注强耦合机制，其中腔的衰减速度比机械模式快得多，并且光机械耦合与机械频率相当或大于机械频率，因此光学和机械系统都在深量子机制中运行。使用一个和两个机械振荡器的例子，我们表明，该系统可以经典地表现出双稳性和分叉，我们探讨了这些表现在干涉，纠缠和相关的量子理论，同时揭示了由于腔波动和相干驱动的机械系统的退相干的影响。
2013-09-27 physics.optics quant-ph
Meissner-like effect for synthetic gauge field in multimode cavity QED
以前实现的超冷原子的合成规范场不允许场的空间分布自由演化。我们提出了一种利用多模腔中的光，结合拉曼耦合，实现作用于中性原子的玻色-爱因斯坦凝聚体的人工磁场的方案。我们描述了这样一个系统的演变，并提出了数值模拟的结果，显示动态耦合的有效场和它的作用的问题。关键是，磁场空间分布的自由度足以实现迈斯纳效应的近似模拟，其中磁场从超流体中排出。这种原子对合成场的反作用，将这里描述的类迈斯纳效应与其他地方观察到的中性超流体中的赫斯-费正清旋转抑制区分开来。
2016-08-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Dynamically creating tripartite resonance and dark modes in a multimode optomechanical system
研究了一个多模光机械系统，其中两个机械振子耦合到一个电磁腔中。先前已经表明，如果机械共振具有几乎相等的频率，则可以通过具有相干泵浦音调的强泵浦来使振荡器经由腔相互作用。人们也可以把这种相互作用看作是一种电磁暗模的出现，这种电磁暗模与腔体渐近解耦，并且具有比裸腔小得多的线宽。暗模式的窄线宽和长寿命例如在信息存储和处理中可能是有利的。在这里，我们调查的可能性，以创建黑暗模式动态使用两个泵音。我们表明，如果机械频率本质上是不同的，可以使机械振荡器和腔共振，从而创建一个暗模式的双边带泵浦的腔。我们用两个频率不匹配的鼓形振荡器（ω_1 /2π = 8.1MHz和ω_2 /2π = 14.2MHz）在微波光机上实现了这个方案。我们还观察到一个击穿的驻波近似，最明显的是在另一个设备的机械频率是彼此接近。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-Mediated Coupling between Local and Nonlocal Modes in Landau Polaritons
本研究在朗道极化激元系统中实验证实了零动量回旋共振与有限动量磁等离激元间的非局域多模超强耦合，通过槽形腔实现，为多模光-物质相互作用工程开辟新路径。
2025-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
