Tunable bandwidth and nonlinearities in an atom-photon interface with subradiant states
单光子水平的光学非线性是构建高效光子-光子门和实现量子网络的关键特征。这样的光学非线性可以使用理想的二能级系统获得，例如耦合到光学腔的单个原子。然而，虽然有效，但是这样的原子-光子界面呈现由自发发射时间确定的固定带宽，并且因此由腔增强的两级跃迁的光谱宽度确定，从而阻止了到单个量子网络中的带宽失配的原子系统的有效传输。在目前的工作中，我们提出了一个可调的原子-光子界面，利用两个略有不同的原子系统的直接偶极偶极耦合。研究表明，当与腔模弱耦合并通过偶极-偶极相互作用直接耦合时，两个微失谐原子系统的次辐射模是光学可寻址的，并呈现出宽的可调谐带宽和单光子非线性。
2018-07-11 physics.optics quant-ph
Few-MHz bandwidth tunable optical filter based on a fiber-ring resonator
本研究提出一种基于商用可变比定向耦合器的光纤环形谐振器可调谐光学滤波器，实现小于2 MHz带宽、超20 dB消光比，支持多工作模式，可用于亚自然原子线宽分辨率的选择性频率滤波。
2025-06-13 physics.optics quant-ph
Dressing the chopped-random-basis optimization: a bandwidth-limited access to the trap-free landscape
在量子最优控制理论中，优化算法的成功受到待优化的品质因数如何作为控制场的函数的影响，即受到控制景观的影响。控制领域的约束引入局部极小值的景观-假陷阱-这可能会阻止一个有效的解决方案的最优控制问题。Rabitz等人[Science 303，1998（2004）]表明，局部极小值在无约束优化中很少出现。在这里，我们将这个结果扩展到带宽受限的控制脉冲的情况下，在这种情况下，可以消除由约束引起的假陷阱。基于这种理论的理解，我们修改的斩波随机基（CRAB）的最优控制算法，并表明，这种发展利用（无约束）梯度算法和截断的基础方法的优点，允许总是遵循梯度的无约束景观带宽有限的控制功能。我们研究了额外的约束的影响，并表明，合理的约束的收敛性能仍然保持。最后，我们数值计算表明，这种方法饱和的最小带宽的控制所需的最佳驱动系统的理论界。
2016-04-06 quant-ph
An Integrated Mirror and Surface Ion Trap with a Tunable Trap Location
我们报告了一个演示的表面离子阱直接制造的高反射镜表面上，其中包括一个二级组的射频（RF）电极允许四极RF零位置的平移。我们引入了一个位置依赖的光子散射率的$^{174}$ Yb $^+$离子在垂直于陷阱表面的方向上使用的回射光的驻波的镜面直接下面的陷阱。使用这种设置，我们展示了微调的RF陷阱的位置与纳米级精度的能力，并表征暴露于紫外光后的电介质镜表面的充电效果。
2016-12-09 physics.atom-ph quant-ph
Addressing spins at the clock transitions with a frequency- and bandwidth-tunable superconducting resonator
本研究提出一种频率和带宽均可动态调谐的超导谐振器，成功操控时钟跃迁处的铋施主自旋系综，测得450 ms的Hahn回波相干时间，为实用化量子存储方案提供了关键技术支撑。
2025-10-22 physics.app-ph quant-ph
Surface trap with dc-tunable ion-electrode distance
我们描述了一种新型的表面电极保罗陷阱的设计，制造和操作，产生沿轴垂直于陷阱表面的射频零。这种布置使得能够仅经由直流电极来控制垂直捕获电势并且因此控制离子-电极距离。我们证明了在平面铜涂层铝电极上方的$50~μ$ m和$300~μ$ m之间的高度处的单个$^{40}$ Ca $^+$离子的限制。我们调查在垂直方向的微动，并显示冷却的平面和垂直运动模式到基态。这种陷阱架构提供了一个平台，用于精确的电场噪声检测，捕获垂直的离子串，而没有过多的微动，并可能有可扩展的量子计算机与表面离子阱的应用。
2018-07-16 physics.atom-ph quant-ph
Bright multiplexed source of indistinguishable single photons with tunable GHz-bandwidth at room temperature
与原子系综良好耦合的窄带单光子可能对未来的量子网络至关重要，但有效产生此类光子仍然是一个突出的挑战。我们实现了一个空间多路复用预示源的单光子，本质上是兼容的常用的铷D2线。我们的光源是基于热铷蒸气中的四波混频，不需要激光冷却或光学腔，并产生高速率和低噪声的单光子。我们使用Hong-Ou-Mandel干涉来验证在两个不同（复用）通道中产生的光子的不可分辨性。我们进一步证明了光子的时间宽度的五倍可调性。理论模型与实验结果吻合较好。
2021-04-19 physics.optics quant-ph
Time-frequency encoded single-photon sources and broadband quantum memories based on a tunable one-dimensional atom
一维原子--耦合到单个光模的原子系统--是光量子技术中许多应用的核心。在这里，我们引入了一个有效的一维原子组成的两个相互作用的量子发射器耦合到一个腔模。偶极-偶极相互作用和腔耦合产生具有恒定模式耦合的可调谐带宽的光学谐振。这种多功能性，结合系统的动态控制，为许多应用开辟了道路。它可以用来产生时频域连续可变编码的单光子光脉冲和具有亚普朗克特征的光态。它还可以用来开发一种可调带宽的多功能量子存储器，这是量子网络的另一个关键因素。我们的方案确保了所有上述功能都可以以创纪录的高效率获得。我们讨论了量子光产生的最先进平台，即半导体量子点系统中的实际实现，其中所有的技术工具都到位，使这些新的概念成为现实。
2019-05-16 quant-ph
Achieving continuously tunable critical exponents for long-range spin systems simulated with trapped ions
量子相变通常被分为离散的普适类，这些普适类通常只依赖于对称性和空间维度。在这封信中，我们展示了一个机会，不断变化的临界指数或普适性，通过调整实验参数在一个给定的物理系统。特别是，我们表明，在离子阱中模拟的长程自旋系统的临界指数可以很容易地与激光失谐调谐。我们认为，这样的实验也有效地模拟在传统的自旋系统，但在人为的非整数空间维度的临界现象的某些方面。
2019-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Tunable Up-Conversion Photon Detector
我们介绍了一个简单的方法，可调谐上转换检测器。该方案与单光子检测或需要以高度的时间分辨率检测电信波长处的低光水平或期望高计数率的任何地方都相关。采用周期性极化的锂酸盐波导和低抖动的硅雪崩光电二极管组成的非线性波长转换系统，以及可调谐泵浦源。我们报告超过十倍的增加，使用这种调谐方案的可检测带宽。
2008-07-22 quant-ph
Quantum information scrambling in a trapped-ion quantum simulator with tunable range interactions
在各态历经的多体量子系统中，局域编码的量子信息在时间演化的过程中变得不可接近于局域测量。这种“混乱”的概念目前引起了强烈的研究兴趣，需要深入了解多体动力学，如混沌和热化过程。在这里，我们提出了第一个实验演示的量子信息扰乱10量子比特的陷阱离子量子模拟器代表一个可调的远程相互作用的自旋系统，通过估计出的时间有序的扰动（OTOC）通过随机测量。我们还分析了退相干在我们的系统中的作用，通过比较我们的测量数值模拟和测量雷尼纠缠熵。
2020-08-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Tunable Spin-orbit Coupling and Quantum Phase Transition in a Trapped Bose-Einstein Condensate
自旋-轨道耦合（SOC）是粒子自旋与运动之间的内在相互作用，是从原子精细结构到拓扑凝聚态物理的重要物理现象。近年来，超冷原子自组织临界的实验研究取得了突破性进展，为研究自旋轨道耦合超流物理提供了一个全新的平台。然而，在实验中的SOC强度，由所施加的激光波长，是不可调的。在这封信中，我们提出了一个计划，通过快速和相干调制的激光强度调谐SOC的强度。我们发现，原子间的多体相互作用，以及可调的SOC，可以驱动\textit{quantum phase transition}（QPT）从自旋平衡的自旋极化的基态在谐波囚禁玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。这一跃迁实现了量子Dicke模型中的QPT，并可能在量子光学和量子信息中有重要的应用。我们使用集体振荡（质心运动和剪刀模式）的BEC，它显示出明显的峰值和阻尼周围的量子临界点的周期来表征QPT。
2011-11-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
A superconducting on-chip microwave cavity for tunable hybrid systems with optically trapped Rydberg atoms
本文面向超导片上微波电路与光阱超冷原子混合系统，优化超导芯片和微波腔设计以实现对铷原子里德伯跃迁的可调谐强耦合，并通过实验表征腔特性，为在稀释制冷机中实现接近强耦合的混合量子平台奠定基础。
2025-03-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Trapped-ion quantum simulation of tunable-range Heisenberg chains
量子光学技术允许在离子之间产生可控的自旋-自旋相互作用，使被困离子成为海森堡链的理想量子模拟器。一个单一的参数，拉曼耦合的失谐，允许铁磁和反铁磁链之间的切换，并修改的相互作用的范围。在反铁磁方面，系统可以从一个极端的远程限制，其中任何一对离子相互作用几乎相等的强度，以$1/r^3$衰变的相互作用。通过精确对角化，我们研究了多达20个离子的系统在调节相互作用时的行为。我们发现，它经历了一个过渡，从二聚态的极短程相关的准长程序的状态，即代数衰减的相关性。在系统的铁磁侧，我们证明了见证量子关联的非局域性的可行性。
2014-01-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
A tunable single photon quantum router
我们提出了一个有效的单光子路由器，它包括两个谐振腔波导通道，由几个顺序的腔与嵌入的三能级原子耦合。我们表明，该系统可以作为一个完美的四路单光子开关。我们还证明了一个入射的单光子传播的波导之一，可以路由到一个或其他输出通道，这样的路由可以控制由外部经典电磁场驱动的原子。我们认为，在适当的条件下，这种路由的效率可以接近100\%，在一个广泛的操作带宽，这表明在光子学的各种应用。
2019-01-25 quant-ph
Photon bandwidth dependence of light-matter interaction
我们研究了单原子对单光子的散射，特别是原子动力学和散射几率对光子带宽的依赖关系。我们将入射光子紧紧聚焦到单个囚禁的~ $^{87}$ {Rb}原子上，并利用时间分辨透射率来表征相互作用强度。将单光子的带宽从原子线宽的6倍减小到2倍，我们观察到原子的峰值激发和光子散射几率增加。
2017-01-25 quant-ph
Magnon-photon strong coupling for tunable microwave circulators
我们提出了一个通用的理论框架来描述非互易微波环流在多模腔磁振子系统和评估实际环行器设备的最佳性能。我们表明，高隔离度（> 56 dB），极低的插入损耗（< 0.05 dB），和灵活的带宽控制，可以实现在高品质因数超导腔为基础的磁振子平台。这些循环特性与不同的自旋密度的材料进行了分析。对于高自旋密度材料，如钇铁石榴石，强耦合操作制度可以利用，以获得更宽的循环带宽。我们还提供了一个高度集成的低自旋密度材料（钒四氰基乙烯）的窄带环行器操作，这可能有利于噪声敏感的量子微波测量的实用设计原则。该理论可以推广到其他耦合系统，并为实现经典和量子应用的可调谐微波非互易性提供设计指导。
2020-04-02 physics.app-ph quant-ph
Tunable cavity-enhanced photon pairs source in Hermite-Gaussian mode
光的空间模式由于其在光通信、光操纵和光俘获、光计量和量子信息处理等方面的巨大潜力而引起了人们的广泛关注。本文报道了在远低于阈值工作的第一类光参量振荡器中厄米-高斯（HG）模光子对的产生。对于两种不同的HG模式，光子对的带宽分别为11.4MHz和20.8MHz，能够存储在冷的铷原子系综中。从相关测量，在不同方向的HG模式的非经典特性进行了验证，通过调谐腔。我们的研究为高维量子通信提供了一种在高阶空间模中产生窄带宽光子对的有效方法。
2015-05-21 physics.optics quant-ph
A New Two-Parameter Family of Potentials with a Tunable Ground State
在前一篇文章中，我们通过证明一维薛定谔方程是标准量子谐振子的超对称伙伴势，从而求解了可数无限族的一维薛定谔方程。在这项工作中，我们将这些结果扩展到找到完整的一套真正的合作伙伴的潜力的谐振子，表明这些依赖于两个连续的参数。除了基态能量成为一个可调参数外，它们的光谱与谐振子的光谱相同。最后利用这些势分析了陷在凹坑势中的原子气体中的玻色-爱因斯坦凝聚的物理问题。
2011-04-08 quant-ph
Widely tunable on-chip microwave circulator for superconducting quantum circuits
我们报告的设计和性能的片上微波环行器具有广泛（GHz）可调谐的工作频率。非互易性是通过频率转换和延迟的组合来创建的，并且既不需要永磁体也不需要微波偏置音调，允许与其他超导电路进行片上集成，而不需要高带宽控制线。该器件的隔离度在数十MHz的带宽内超过20 dB，并且其插入损耗很小，在选定的工作频率下可低至0.9 dB。此外，对于高达数百fW的信号功率（$\approx 10^3$循环光子），该器件相对于输入功率是线性的，并且可以动态地重新配置循环的方向。我们展示了它的操作在4和6 GHz之间的频率选择。
2017-11-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Experimental Realization of Thermal Reservoirs with Tunable Temperature in a Trapped-Ion Spin-Boson Simulator
Rice University（莱斯大学）；Smalley-Curl Institute, Rice University（斯莫利-柯尔研究所）
该研究通过囚禁离子自旋-玻色模拟器实现了可调温度热库的实验，展示了在不同温度下电荷转移模型的非平衡动力学及热激活干涉路径的观察。
2026-02-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Tunable on-chip optical traps for levitating particles based on single-layer metasurface
本文提出并实验验证了一种基于单层超表面的片上光阱，以高效率（31%）和高数值孔径（0.9）形成可调谐双势阱，实现多个纳米粒子长时间稳定悬浮，为并行悬浮传感和扩展光力器件奠定基础。
2024-01-16 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Trapped-Ion Quantum Simulation of Electron Transfer Models with Tunable Dissipation
本文利用多组分囚禁离子晶体实验模拟分子电子转移模型，独立调控供体-受体能隙、电子/振动耦合及浴弛豫，并实时测量不同绝热性和弛豫条件下的转移速率，为分子电子学和光捕获系统研究提供了测试平台。
2025-01-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
A tunable feedback-controlled magnetic trap for a magnet in free fall
Johannes Gutenberg University（约翰内斯·古腾堡大学）；Helmholtz-Institute, GSI Helmholtzzentrum fur Schwerionenforschung（亥姆霍兹重离子研究所(GSI)）；Leibniz University Hannover (LUH)（汉诺威莱布尼茨大学）；Technology and Engineering Center for Space Utilization, Chinese Academy of Sciences（中国科学院空间应用工程与技术中心）；Peking University（北京大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
提出并演示了一种主比例积分微分磁阱（MPIDMT），结合PID控制线圈和主控线圈，在微重力环境下稳定悬浮铁磁粒子并解析其运动，为自由落体铁磁磁力测量和宏观拉莫尔进动观测奠定基础。
2026-05-31 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Tunable Holstein model with cold polar molecules
我们证明了囚禁在光晶格中的极性分子系综可以看作是一个可控的开放量子系统。集体转动激发与晶格势中分子运动之间的耦合可以通过改变外加直流电场的强度和方向以及俘获激光的强度来控制。该系统可以用参数可调的广义Holstein哈密顿量来描述，可以作为激发能转移和极化子现象的量子模拟器。我们发现，激发能转移的性质可以通过调节实验参数来改变。
2011-10-26 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Fully tunable and switchable coupler for photonic routing in quantum detection and modulation
光子路由是许多光学应用的关键组成部分，挑战其发展。我们报道了一种2 $\times$ 2光子耦合器，其分束比可通过低压电子信号进行切换，带宽为10~GHz，延迟为数十纳秒。该耦合器可以工作在0：100 ~ 100：0的任意分光比范围内，在1.3THz的光带宽内消光比为26 dB。我们展示了任意耦合机制之间的亚纳秒切换，包括平衡的50：50分束器，0：100开关和光子抽头。该装置的核心是基于马赫-曾德尔干涉仪在一个双波长的配置，允许在单光子水平的长期亚度稳定的实时锁相。使用报告的耦合器，我们证明了第一次的完美平衡的时间复用设备的光子数分辨探测器，也积极准备的光子时间qudit状态高达四个时间仓。该耦合器在单光子水平上的长期稳定工作使其在量子信息处理和量子光学中具有广泛的应用。
2019-12-19 physics.app-ph quant-ph
Feedback stabilization of the resonant frequency in tunable microwave cavities with single-photon occupancy
我们成功地证明了低频噪声抑制的谐振频率波动的腔嵌入式库珀对晶体管（cCPT）在单光子占用驱动。特别是，我们报告了减少的谐振频率波动所造成的内部电荷噪声超过带宽的$\sim$ 1.4 kHz时，腔驱动的平均光子数$n=10$，和平均$n=1$的带宽为11 Hz。cCPT的门相关的可调谐性允许我们实现一个反馈方案，来自庞德-德雷弗-霍尔锁定技术。这减少了由于固有电荷噪声引起的波动，否则会干扰cCPT作为近量子极限静电计的操作。我们相信，我们的技术可以推广到实现可调谐微波谐振器中的频率稳定，可调谐微波谐振器在当今的量子计算架构中发挥着至关重要的作用，从而缓和了由这种电路器件上的固有$1/f$噪声引起的检测限制。这项工作讨论了有关的各个方面的操作一个功能齐全的反馈回路下降到单光子水平。
2022-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
In-situ-tunable spin-spin interactions in a Penning trap with in-bore optomechanics
本文提出在彭宁阱超导磁体孔内集成压电驱动光机械定位器，实现二维离子晶体中自旋-自旋相互作用强度的原位可调，实验验证了相干与非相干相互作用比随入射角约2倍的变化，并展示了6000秒以上的系统稳定性，为未来量子模拟与传感应用奠定基础。
2024-01-31 physics.atom-ph quant-ph
Continuous Raman sideband cooling beyond the Lamb-Dicke Regime in a trapped ion chain
我们报告了长离子链连续拉曼边带冷却（CRSC）到超出Lamb-Dicke（LD）区域的运动基态。通过同时驱动多个边带跃迁，我们发现，几乎所有的轴向模式的24离子链冷却到基态，与LD参数一样大的$η= 1.3$，跨越4 MHz的频率带宽。与传统的基态冷却方法（如脉冲边带冷却或电磁感应透明（EIT）冷却）相比，我们的方法具有两个关键优势：对定时误差的鲁棒性;以及不受离子数量限制的超宽带宽。这种技术有助于作为一个关键的一步，大规模量子信息处理与线性离子链和更高的维度一样，可以很容易地推广到其他原子和分子系统。
2022-08-15 physics.atom-ph quant-ph
A high-flux source system for matter-wave interferometry exploiting tunable interactions
本文报告了一种利用磁Feshbach共振动态调节原子散射长度的高通量超冷原子源，实现了接近海森堡极限的超低膨胀率，为微重力环境下的超高精度原子干涉测量提供了性能优越的源系统。
2023-12-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A frequency and sensitivity tunable microresonator array for high-speed quantum processor readout
超导微谐振器已被成功地用作各种应用的检测元件。由于每条传输线的多路复用系数超过1，000个探测器，它们是迄今为止最具可扩展性的低温探测器技术。对于高吞吐量应用，可以将较少的检测器耦合到单根导线，但利用较大的每个检测器带宽。对于所有现有的设计，制造公差的波动导致谐振频率和灵敏度的不均匀偏移，这最终限制了带宽利用的效率。在这里，我们提出了一个超导微谐振器读出集成两个可调电感每个检测器的设计，实施和初步表征。我们证明，这些调谐元件提供独立的控制检测器的频率和灵敏度，使我们能够最大限度地提高传输线的带宽利用率。最后，我们讨论了这些探测器集成在一个多层制造堆栈中，用于D-Wave量子处理器的高速读出，强调使用由单个磁通量子回路组成的控制和路由电路，以最大限度地减少最低温度阶段的控制线数量。
2016-04-22 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
