Climbing the Jaynes-Cummings Ladder and Observing its Sqrt(n) Nonlinearity in a Cavity QED System
腔量子电动力学（QED）已经非常活跃的领域，传统上在原子系统中进行研究，最近随着半导体和超导系统实验的出现而获得了额外的动力。在这些固态实现中，新颖的量子光学实验通过随意设计许多特征参数的可能性而得以实现。在腔QED中，真空拉比模分裂的观测是在单量子水平上探索物质-光相互作用本质的标志性实验。然而，这种效应至少在原理上可以经典地解释为两个耦合线性振荡器的正常模式分裂。有人认为，观察到的Jaynes-Cummings能梯中的共振原子-光子耦合强度与光子数n的平方根的标度足以证明该系统是量子力学的性质。在这里，我们报告了这种特征量子非线性的直接光谱观察。测量耦合系统的光子自由度，我们的测量提供了明确的，长期以来一直寻求的光谱证据的量子性质的共振原子场相互作用腔QED。我们探索原子光子叠加态涉及到两个光子，使用光谱泵浦和探测技术。实验是在电路QED装置中进行的，该装置利用超导量子比特的大偶极耦合强度和长相干时间实现了超强耦合。
2009-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Orthogonally-Driven Superconducting Qubit in Circuit QED
我们考虑超导电荷量子比特耦合到不同的正交电磁场模式属于共面波导和微带传输线谐振器。这种架构允许同时实现Jaynes-Cummings和反Jaynes-Cummings动力学，这是一种用于生成介观量子位场叠加和场态重建的谐振方法。此外，我们利用这种设置提出了一种场测量技术，该技术原则上对由于快速预测量而导致的量子位退相和场弛豫具有鲁棒性。
2007-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Strong Coupling Cavity QED with Gate-Defined Double Quantum Dots Enabled by a High Impedance Resonator
腔量子电动力学（QED）的强耦合极限意味着类物质量子系统能够在共振结构中相干地将单个激发转换为单个光子。这不仅使量子信息处理所需的基本过程成为可能，而且还允许对物质-光相互作用进行基础研究。在这项工作中，我们证明了在栅极失谐GaAs双量子点（DQD）和频率可调高阻抗谐振器实现使用超导量子干涉器件（SQUID）阵列的电荷自由度之间的强耦合。在谐振制度中，我们解决了真空拉比模式分裂的大小$2g/2π= 238$ MHz的谐振器线宽$κ/2π= 12$ MHz和DQD电荷量子比特退相率的$γ_2/2π= 80$ MHz独立提取的微波光谱中的色散制度。我们的测量结果表明，一个可行的路径使用基于电路的腔QED的半导体纳米结构中的量子信息处理。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonant Energy Transfer and Collectively Driven Emitters in Waveguide QED
本研究在波导量子电动力学中直接观测到两个远距离发射体间的共振能量转移，并演示了集体驱动方案以选择性填充亚辐射态，从而抑制发射，为多发射体系统的量子纠缠生成和鲁棒光子态制备提供了新途径。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Investigations of a coherently driven semiconductor optical cavity QED system
采用光纤锥形波导，将自组装InAs量子点（QD）耦合到高品质因数GaAs微盘腔中，通过其光通道实现了腔量子电动力学（QED）器件的相干探测.我们强调了这种全光纤测量设置的一个特别重要的方面，即相对于典型的自由空间激发技术，光耦合水平和光损耗是已知的。这允许腔内光子数的精确知识和绝对透射和反射信号的测量。共振光谱的系统在弱和强驱动条件下，当与系统的量子主方程模型相比，允许确定的相干耦合率之间的QD激子和光学腔模式，不同水平的弹性和非弹性退相的激子状态，和腔中的QD的位置和取向。还进行了泵浦-探测测量，其中将远离共振的红失谐控制激光束引入腔中。而不是产生一个可测量的交流斯塔克位移的量子点的激子线，我们发现，这个控制光束诱导的谐振系统响应的饱和。由腔中控制光束的存在导致的宽的光致发光光谱指向半导体中的子带隙吸收，以及由此产生的自由载流子生成，作为系统饱和的可能来源。
2008-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical switching of electron transport in a waveguide-QED system
研究发现，光子能量和极化对耦合到光子腔的波导中的电子开关有很强的影响。因此，在系统中的电荷动力学研究在两个不同的制度，为关闭和共振光子场。在非共振光子场中，光子能量小于波导系统的前两个最低子带之间的能量间隔，电荷在波导之间分裂，实现$\sqrt{\rm NOT}$ -量子逻辑门作用。在非共振光子场中，由于第一子带的光子复制态在第二子带区的出现引发了量子非跃迁，电荷从一个波导完全切换到另一个波导.此外，还论证了光子极化对控制波导系统中电荷运动的重要性.电子电路中的电荷切换思想可能有助于构建量子比特.
2016-02-16 cond-mat.mes-hall
Polarization degenerate solid-state cavity QED
一个包含电荷控制量子点（QD）的偏振简并微腔，使所有的偏振自由度的光的腔QED系统，我们探索通过共振激光光谱的平等耦合。我们首先测量了两个细分裂中性量子点跃迁的干涉，发现这个V型三能级系统与相干偏振相关腔QED模型非常吻合。我们还研究了一个带电的量子点，遭受退相干，并发现在这种情况下，可用性的全极化自由度是至关重要的，以揭示量子点跃迁的动力学。我们的研究结果为基于电子自旋-光子极化纠缠的无后选择量子器件的研究铺平了道路。
2015-03-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stationary inversion of a two level system coupled to an off-resonant cavity with strong dissipation
我们提出了一个非共振激发方案，实现了显着的平稳反转在两个能级系统。所创建的反转利用腔辅助的双光子共振来增强非线性腔QED的多光子制度，并且即使在腔衰减速率与腔-点耦合速率相当的半导体环境中也能存活。激子人口大于0.75的现实衰变和纯退相的存在下获得。量子轨道模拟和量子主方程计算有助于阐明基础物理学，并描述简化速率方程模型的局限性。根据荧光强度和二阶关联函数随驱动功率的变化关系，预测了反转和多光子腔QED的实验特征。
2011-05-23 cond-mat.mes-hall
Photon Number Splitting of Squeezed Light by a Single Qubit in Circuit QED
我们从理论上提出了一种在电路QED中利用单个量子比特产生和探测压缩光的有效方法。通过将量子比特能量分裂调谐到传输线谐振器中的第一谐波模式（FHM）的基频附近并将量子比特放置在第三谐波模式的节点处，可以在用第二谐波模式泵浦时产生FHM的共振增强压缩。为了研究压缩FHM的光子数分裂，我们数值计算了量子比特的吸收谱，它表现出规则间隔的峰的频率分开的两倍的有效色散位移。它还表明，增加一个小的泵浦场的FHM使额外的峰值之间的主导的发展，以及。
2013-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonadiabatic holonomic quantum computation with all-resonant control
超导量子线路上的完整量子计算的实现是一个挑战，这是由于多电平系统之间的可控复杂耦合的普遍要求。在这里，我们解决了这个问题，提出了一个可扩展的电路QED晶格与简单的实现一套通用的非绝热完整量子门。与现有方案相比，通过对无消相干子空间中的逻辑量子比特进行传输线-传输线混合编码，可以实现单逻辑量子比特门和双逻辑量子比特门的可调谐全谐振设计.这种独特的优点导致量子门具有非常快的速度，因此具有非常高的量子效率。因此，我们的方案为高保真非绝热完整量子计算的实际实现铺平了道路。
2016-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Thermal Excitation of Multi-Photon Dressed States in Circuit Quantum Electrodynamics
超导量子比特和存储在片上微波谐振器中的光子之间可实现的异常强的耦合允许在电路量子电动力学（QED）领域中详细研究物质-光相互作用。本文研究了单个transmon型多能级人工原子与弱热场和相干场的共振相互作用。在线性响应外差透射测量中，我们研究了耦合系统的最多三个光子修饰态。所得结果与广义Jaynes-Cummings模型定量吻合。我们的数据表明，热场在谐振腔QED中的作用可以用超导电路来详细研究。
2009-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Oscillations in electron transport caused by multiple resonances in a quantum dot-QED system in the steady-state regime
我们将电子输运电流模拟为光子能量通过多能级量子点的几个共振扫描，量子点嵌入在短量子线中，耦合到光子腔。我们使用一个适合于长时间演化的马尔可夫量子主方程，并通过对角化在截断的多体Fock空间中包括电子-电子以及顺磁和反磁电子-光子相互作用。通过调节光子能量，在量子点系统的能谱中发现了几个由拉比分裂引起的反交叉，拉比分裂的强度和共振态之间的光子交换依赖于腔场的偏振。我们观察到系统中的电荷的振荡和几个共振传输电流峰的光子能量对应的共振在稳态制度。
2019-03-14 cond-mat.mes-hall
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。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrastrong coupling in two-resonator circuit QED
我们报告了超导磁通量子比特和由两个超导共面带状线谐振器电流耦合到量子比特的系统的谐振模式之间的超强耦合。随着耦合强度高达17%的模式频率，超过以前的电路量子电动力学实验，我们观察到一个明显的布洛赫Siegert移位。多模系统的光谱响应揭示了Jaynes-Cummings模型的一个明显的故障。与先前的实验相比，在不利用由约瑟夫森结提供的附加电感的情况下实现了高耦合强度。
2014-12-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Preparation of Subradiant States using Local Qubit Control in Circuit QED
由光子吸收或发射引起的量子态之间的跃迁与系统的对称性密切相关，这导致了选择规则和暗态的形成。在电路量子电动力学装置中，两个共振超导量子比特通过片上腔耦合并通过公共腔场驱动，一个单激发态保持黑暗。在这里，我们证明了这种暗态可以使用单个量子比特驱动器的局部相位控制来改变驱动场的对称性。我们观察到，暗态衰减通过自发发射到腔被抑制，亚辐射的特征签名。这种局域控制技术可以用来制备和研究腔耦合量子比特的高关联量子态。
2011-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heisenberg-Langevin Formalism For Open Circuit-QED Systems
我们提出了海森堡-朗之万形式来研究耦合到开放多模谐振器的超导量子位的有效动力学，而不诉诸旋转波、两级、玻恩或马尔科夫近似。我们的有效方程是通过消除谐振器的自由度，同时编码它们的电磁背景的格林函数的效果。我们占的开放性的谐振器正是通过采用一组非厄米模式的格林函数的光谱表示。导出了一个良好的时域微扰理论，系统地解释了像transmon这样的弱非线性量子比特的非线性。我们将这种方法应用于自发发射问题，准确地捕获量子比特动力学的非马尔可夫特征，适用于任何量子比特-谐振器耦合强度。任何耦合到电磁连续统的离散能级量子系统都受到辐射衰变和其能级重整化的影响。当在空腔内时，这些量可以相对于真空强烈地修改。通常，可以通过仅包括最接近的谐振腔模式来捕获这种修改。然而，在电路QED架构，与大量的耦合强度，它被发现，这样的速率的强烈影响，远离谐振模式。在无限多的腔模式的多模计算会导致发散，除非施加人工截止。以前的研究没有指出这种分歧的来源是什么。我们表明，除非$A^2$的效果是占到所有的订单完全，任何多模计算电路QED量必然会出现分歧。随后，我们提出了量子位特性的有限辐射校正的计算，该计算不受人为引入的高频截止的影响。
2017-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extended linear regime of cavity-QED enhanced optical circular birefringence induced by a charged quantum dot
如果输入场位于低功率极限中，则由光学微腔中的单个量子点自旋引起的巨光学法拉第旋转（GFR）和巨光学圆双折射（GCB）可以被视为弱激发近似中的线性效应[Hu等人，Phys. Rev. B { \bf 78}，085307（2008）和同上{ \bf 80}，205326（2009）]。在这项工作中，我们研究了从弱激发近似到饱和区的过渡，比较了半经典近似和量子光学工具箱[S.M. Tan，J. Opt. B { \bf 1}，424（1999）]。我们发现，强耦合区腔共振附近的GFR和GCB在中等功率下与输入场无关，可以用半经典近似很好地描述。强耦合区的修饰态共振和Purcell区的腔共振对中功率输入场敏感，由于量子点饱和，不能用半经典近似很好地描述。由于腔共振附近的GFR和GCB相对不受饱和效应的影响，因此可以利用相干态和其他统计起伏的光场实现单电子自旋的快速读出。这也表明，高速量子纠缠门，对输入功率变化的鲁棒性，可以建立利用这些线性效应。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unconventional quantum optics in topological waveguide QED
拓扑材料的发现挑战了我们对凝聚态物理的理解，并导致了新颖和不寻常的现象。这激发了最近的发展，将拓扑概念引入光子学，使光以奇异的方式表现。在这里，我们预测几个非常规的量子光学现象时发生的量子发射器与拓扑波导QED浴，即，光子模拟的苏-施里弗-赫格模型。当发射器频率位于拓扑带隙内时，出现手性束缚态，其仅位于发射器的一侧（右侧或左侧）。在存在多个发射体的情况下，它介导它们之间的拓扑、长程可调相互作用，这可以产生奇异相，如双Néel有序态。相反，当发光体的光学跃迁与能带共振时，我们发现非常规的散射特性和不同的超/亚辐射态取决于能带拓扑。我们还研究了开放边界条件的浴的情况下，了解拓扑边缘状态的作用。最后，我们提出了几个实现这些现象可以观察到与国家的最先进的技术。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall 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
Cavity-QED of a quantum metamaterial with tunable disorder
我们在实验上探索了一种基于超导芯片的量子超材料，该超导芯片具有25个频率可调的transmon量子比特，耦合到一个共面谐振器。集体亮模式和暗模式通过微波响应来探测，即，通过测量外部微波信号的传输幅度。所有量子位都有单独的控制和读出线。它们的频率可调谐性允许改变共振耦合量子比特的数量N，并且还可以在它们的激发频率中引入具有预先分配的分布的无序。随着N的增加，我们证明了预期的$N^{1/2}$标度律的能隙（拉比分裂）之间的明亮模式的腔频率。通过引入一个可控的混乱和平均的传输幅度超过了大量的实现，我们证明了一个衰减的介观波动，模仿接近热力学极限。当单个量子位耦合到腔的强度超过无序强度时，集体亮态在无序存在下存活。
2022-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Measurement of small photon numbers in circuit QED resonators
本文利用涨落光子引起的量子比特退相干效应，通过CPMG序列和推导的非高斯噪声区域退相干公式，实现了对电路QED谐振腔中极少量热和相干光子布居数的测量。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-equilibrium correlations and entanglement in a semiconductor hybrid circuit-QED system
本文对微波谐振腔中两个半导体电荷量子比特组成的混合电路-QED系统进行了理论研究。量子比特是根据两个空间分离的双量子点（DQD）的电荷状态定义的，这两个DQD耦合到微波谐振器中的同一光子模式。我们分析了一个运输设置，其中每个DQD是连接到电子水库和偏置的平衡由一个大的电压，并研究如何电子输运跨越每个DQD是修改的耦合到公共谐振器。特别是，我们表明，通过每个DQD的非弹性电流反映了间接的量子比特量子比特的相互作用介导的非共振光子在微波谐振器。作为这种相互作用的结果，两个电荷量子比特在稳定（耗散）状态下保持纠缠。通过远距离DQD的电流之间的有限散粒噪声互相关是这种非平凡稳态纠缠的另一种表现。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall
Impact of electron-phonon interactions on quantum-dot cavity quantum electrodynamics
光子纳米腔中的半导体量子点（QD）为量子信息处理和腔量子电动力学（QED）提供了单片的、鲁棒的平台。这种固态腔QED系统的一个固有特征是电子-声子相互作用的存在，这使这些系统与传统的原子腔QED区别开来。了解电子-声子相互作用对这些系统的影响对于控制和利用它们所展示的丰富物理学是必不可少的。在这里，我们研究了电子-声子相互作用对基于量子点的腔QED系统的影响。当量子点和腔处于非共振状态时，我们观察到声子辅助的腔模辐射，它强烈依赖于温度和腔失谐量。当它们共振时，我们观察到一个不对称的真空拉比双重态，其分裂随温度的升高而变窄。这些实验观察可以很好地再现使用腔QED模型，包括电子-声学-声子相互作用。我们的工作提供了重要的，但迄今为止知之甚少的机制，非共振量子点腔耦合和各种腔QED系统的物理利用发射耦合到声子，如氮空位中心在金刚石和胶体纳米晶体。
2009-08-06 cond-mat.mes-hall
Particle Production in Ultra-Strong Coupling Waveguide QED
理解大尺度相互作用的量子物质需要处理大量的量子，这些量子是通过将几个粒子散射到一个复杂的量子物体上而产生的。突出的例子是从高能宇宙射线簇射到简并费米气体的光或电驱动。我们在多体量子光学的背景下解决这一挑战，由于最近的发展，电路量子电动力学在超强耦合的动机。粒子生产的问题是解决定量与一个简单而强大的概念植根于量子叠加原理。通过对耦合到高阻抗波导中的单个二能级原子的多光子辐射的研究，说明了这一关键思想。我们惊讶地发现，非共振非弹性发射线型占主导地位的宽带粒子生产，由于大的相空间与贡献，不保存激发的数量。这种频率转换过程在时间相关测量中产生了惊人的信号，可以在量子波导中进行实验测试。这些想法为各种物理系统的模拟开辟了新的方向，从固体中的极化子动力学到复杂的超导量子架构。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous quantum nondemolition measurement of the transverse component of a qubit
量子比特的量子跳跃通常在其能量本征态之间观察到，也称为其纵向伪自旋分量。有没有可能在这些本征态的横向叠加态之间观察到量子跃迁呢？我们的回答是肯定的，提出了第一个连续的量子非破坏测量的横向分量的一个单独的量子位。在双泵浦光照射下的电路QED系统中，我们设计了一个本征态为横量子比特态的有效哈密顿量，以及相应算符的色散测量。这种横向分量测量是驱动耗散操作工程工具箱中的有用工具，其对于量子模拟和量子纠错至关重要。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Effect of broadening in the weak coupling limit of vibrationally coupled electron transport through molecular junctions and the analogy to quantum dot circuit QED systems
本文用速率方程方法研究了稳态偏置分子结中振动模的非平衡布居。我们专注于弱电子振动耦合的限制，并表明，在共振传输制度和足够高的偏置电压，振动激发的水平随着耦合强度的降低而增加，假设一个有限的非零值。只有当明确考虑环境自由度的影响时，才能观察到关于电子振动耦合强度的分析行为。我们认为三种不同类型的加宽的影响：杂交与电极，热波动和耦合到一个热的热浴。我们的结果适用于振动耦合电子输运通过分子结，但也耦合到微波腔，其中的光子数可以预期表现出类似的行为的量子点。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall
Detection of persistent current correlation in cavity-QED
本研究通过腔QED系统模拟磁通环的辐射响应，利用线性响应理论和格林函数分析持续电流的对称与反对称分量，发现谐振器频移及避交叉现象，并揭示不同相位下的涨落特征。
2023-10-11 cond-mat.mes-hall
