Nonclassical correlations of phase noise and photon number in quantum nondemolition measurements
利用广义测量公设描述了从光场强度的低分辨率量子非破坏测量到光子数的精确测量的连续过渡。在中间区域，量子化表现为测量概率的弱调制。在这种情况下，测量结果与由测量相互作用引入的相位退相干的量强烈相关。特别是，半整数光子数的偶然观测保留了光场中的相位相干性，而量化值的偶然观测增加了退相干。讨论了这种相关性的量子力学性质，并考虑了量子化的一般解释的影响。
1999-12-01 physics.optics quant-ph
Quantum Fluctuations in a Cavity QED System with Quantized Center Of Mass Motion
研究了弱驱动腔中单个原子的量子涨落，其中原子的质心运动是一维量子化的。我们提出的二阶强度关联函数$g^{(2)}(τ)$和强度场关联函数$h_θ(τ)$，透射光和荧光弱驱动场的解析结果。我们发现，耦合的质心运动的内腔场模式可以是有害的光子统计的非经典效应，所以强度场的相关性。
2009-12-03 quant-ph
First quantized electron and photon model of QED and radiative processes
本文结合有质量和无质量自旋粒子的经典模型，由经典旋量的规范变换导出粒子的流-流相互作用拉格朗日量，并利用Dirac方程和光子的量子波动方程的解讨论电动力学中的辐射过程。纵向极化光子态的提出为电动力学中的真空概念提供了新的思路。
2002-05-11 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
Entanglement concentration of microwave photons based on Kerr effect in circuit QED
近年来，超导量子比特在量子计算中显示出巨大的潜力。因此，微波光子成为超导量子计算辅助下的量子信息处理中非常有趣的量子比特。在这里，我们提出了第一个协议的纠缠集中微波光子，诉诸电路量子电动力学（QED）中的交叉克尔效应。利用超导传输线谐振器（TLR）与N型能级结构的超导分子耦合，产生有效的交叉克尔效应，实现微波光子的量子无损测量。利用该器件，我们设计了一个双量子比特的极化宇称量子相干探测器，它可以在多个线性微波元件的辅助下有效地集中微波光子的非局域非最大纠缠态。该方案具有较高的效率，可用于微波光子辅助的固态量子信息处理。
2016-10-03 quant-ph
Information-to-work conversion by Maxwell's demon in a superconducting circuit-QED system
麦克斯韦恶魔的实验引发了热力学和统计力学基础的研究。Demon测量系统可观测值的波动，并通过反馈控制将信息增益转换为功。最近的发展阐明了信息获取与熵产生之间的关系，推广了热力学第二定律和涨落定理。在这里，我们扩大范围的系统，利用超导电路量子电动力学的技术受到量子涨落。我们实现麦克斯韦妖配备了相干控制和量子非爆破投影测量超导量子比特，在那里我们验证了广义积分涨落定理，并证明了信息到工作的转换。这揭示了超导电路作为研究反馈控制下的量子信息热力学的多功能平台的潜力，这与计算和计量学的量子纠错密切相关。
2017-09-02 quant-ph
Polarization entanglement purification of nonlocal microwave photons based on the cross-Kerr effect in circuit QED
随着第一颗量子卫星的成功发射，微波光子成为量子通信中非常重要的量子比特。因此，如何保证微波量子通信的高安全性和高效率，是一个非常有意义的课题。基于电路量子电动力学中的交叉克尔效应，提出了一种新颖的非局域微波光子偏振纠缠纯化方案。该方案可以解决由于环境噪声的退相干而导致用于构建量子信道的最大纠缠态纯度降低的问题。这个任务是通过偏振奇偶校验量子非破坏（QND）检测器，位翻转操作，和线性微波元件。QND探测器由多个交叉克尔效应系统组成，通过将两个超导传输线谐振器耦合到具有N型能级结构的超导分子上来实现。给出了电路QED中QND测量系统的适用实验参数，并分析了其可行性。该协议在未来微波光子辅助的长距离量子通信中有很好的应用前景，如卫星量子通信。
2017-12-05 quant-ph
Quantized resonator field coupled to a current-biased Josephson junction in circuit QED
利用拉格朗日方法推导了电流偏置约瑟夫森结分流的$λ$ /4谐振腔的哈密顿量。数值分析了该系统的本征态和量子动力学，表明该系统可以作为弱入射微波场的有效探测器。
2014-03-27 cond-mat.supr-con quant-ph
A field-theoretical approach to non-relativistic QED
本文利用拉格朗日形式给出库仑规范中非相对论量子电动力学哈密顿量的场论推导。它与通常的推导结果相同，只是将第二量子化电子哈密顿量的最小耦合中的经典矢势替换为量子化的矢势，并加上光子能量。然而，这种方法说明了欧拉-拉格朗日方程和正则形式主义的正确使用，如果人们试图从点状粒子与电磁场相互作用的经典理论出发建立多体量子理论，它们就会失败。
2019-07-30 quant-ph
First Quantized Electrodynamics
参数化的狄拉克波动方程将位置和时间表示为算子，并且可以对许多粒子进行公式化。因此，与场论量子电动力学（QED）不同，它提供了一个基本的和不受限制的电子纠缠在空间或时间的表示。参数化的形式主义直接导致和没有进一步的猜想，以Bethe-Salpeter方程的束缚态。该方法还得到了类氢谱的Uehling位移、电子对精细结构常数中的首阶反常磁矩、Lamb位移和QED轴向反常。
2020-02-27 quant-ph
Quantum nondemolition measurements with optical parametric amplifiers for ultrafast universal quantum information processing
实现室温超快光子数分辨（PNR）量子非破坏（QND）测量将对光子量子信息处理（QIP）具有重要意义，例如，确定性量子计算在离散变量架构，但强耦合的要求阻碍了可扩展的实现的发展。在这项工作中，我们提出并分析了一个非线性光学路径PNR QND使用二次（即，$χ^{(2)}$）非线性相互作用。我们表明，相干泵浦场驱动的相位失配的光参量放大器（OPA）的经验位移的信号Bogoliubov激发的数量为条件。因此，泵浦位移的测量提供了信号Bogoliubov激励的QND测量，将信号模式投影到压缩光子数状态。然后，我们将展示如何利用我们的非线性OPA动力学确定性地生成Gottesman-Kitaev-Preskill状态，只有额外的高斯资源，在连续变量系统中的容错QIP提供了一个全光路由。最后，我们把这些QND计划到一个更传统的背景下，通过突出的相位失配的光学参量振荡器和多级原子腔QED系统之间的类比，通过显示如何连续监测的输出耦合泵正交诱导条件本地化的腔内信号模式到压缩光子数状态。我们的分析表明，我们的建议可能是可行的，在近期的$χ^{(2)}$非线性纳米光子学，突出了丰富的潜力OPA作为一个通用的工具，超快非高斯量子态工程和量子计算。
2022-09-02 physics.optics quant-ph
Measurement-induced qubit state mixing in circuit QED from up-converted dephasing noise
我们观察到测量诱导的量子比特态混合在一个transmon量子比特色散耦合到一个平面读出腔。我们的研究结果表明，在量子位读出失谐频率的退相噪声是由读出光子上转换，造成虚假的量子位状态转换，从而限制了读出的非破坏性字符。此外，我们使用量子比特跃迁率作为工具，以提取在f ~ 1 GHz的等效通量噪声谱密度，并找到从$1/f^α$拟合到低于1 Hz的测量通量噪声谱密度的外推值的协议。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
QwaveMPS: An efficient open-source Python package for simulating non-Markovian waveguide-QED using matrix product states
Queen’s University（女王大学）
QwaveMPS通过矩阵积状态实现高效模拟非马尔可夫波导-量子电子学系统，降低计算成本，便于研究复杂动态相互作用。
2026-10-27 quant-ph
QED in the Presence of Arbitrary Kramers-Kronig Dielectric Media
唯象麦克斯韦场被量子化为任意空间和频率依赖的复介电常数。该方法考虑了Kramers-Kronig关系和耗散涨落定理，给出了QED的基本等时对易关系。本文讨论了它在吸收和放大四端口器件中的量子态变换以及在有吸收介质存在时激发态原子的自发衰变中的应用。
1999-07-16 quant-ph
Quantized quasinormal mode description of non-linear cavity QED effects from coupled resonators with a Fano-like resonance
我们采用最近开发的准正规模（QNM）的量子化方案，研究了一个非微扰的开放腔QED系统组成的混合金属-介质谐振器耦合到量子发射器。这种混合腔系统允许人们探索低$Q$（品质因数）谐振和高$Q$谐振之间的复杂耦合，表现为显著的Fano谐振，这是使用正常模式或Jaynes-Cummings（JC）型模型的传统量子化方案所不能捕获的效果。QNM量子化方法严格地包括QNM之间的耗散耦合，并补充了系统中多个模式的输出电场算子的广义输入-输出关系，以及系统外的关联函数。耗散诱导的模式耦合的作用进行了探讨，在强耦合制度的光子和发射器超出JC的缀饰态阶梯的第一个梯级。在量子主方程和输入-输出关系方面，发现QNM量子模型与唯象耗散JC模型之间的重要差异.第二步，将量子化QNM模型对混杂结构的Fock分布和系统以及输出关联函数的数值结果与唯象方法的结果进行了比较.我们明确地证明了量子化QNM模型如何体现在多光子量子关联超出了通常的JC模型所预测的。
2020-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single mode two-channel cavity QED
在这个简短的交流中，我们导出了一种新的双通道腔QED模型。双通道模型是重要的，因为它们经常导致量子干涉现象。先前的模型依赖于使用两个或更多个量子化电磁场的模式，部分原因是能量和宇称的限制。正如它在这项工作中所示，这种限制可以克服与使用适当选择的原子能级的配置和经典外场的应用程序。竞争的单光子和双光子过程涉及一个单一的模式可能会获得。
2008-04-04 quant-ph
First-Quantized Quantum Simulation of Non-Relativistic QED with Emergent Topologically Protected Coulomb Interactions
本文提出一种非相对论一重量子化QED模拟算法，通过高斯定律约束使库仑相互作用涌现，并利用类环面码的拓扑保护抑制电场误差，在热力学极限下可避免计算O(η²)两两相互作用，从而为电子结构问题提供潜在计算优势。
2025-08-26 quant-ph
Hamiltonian engineering for robust quantum state transfer and qubit readout in cavity QED
量子态到存储器的传输、通过量子总线的长距离状态穿梭以及高保真读出是量子技术的重要任务。实现这些任务是具有挑战性的现实耦合到环境的存在。在这里，我们介绍和评估协议，可用于腔QED执行高保真量子态传输和快速量子非破坏量子比特读出通过哈密顿工程。我们发现，即使在由于非均匀加宽而导致的强退相的极限下，也可以在腔和单个量子比特之间进行高保真的状态转移。我们将这一结果推广到一个腔和一个逻辑量子比特之间的状态转移，该逻辑量子比特编码在一个大的$N$物理量子比特系综的集体模式中。根据去耦序列，我们表明，在合奏的不均匀性耦合两个集体明亮的状态，只有两个其他集体模式，剩下的$N-3$单激发态暗。此外，我们表明，大的信噪比和高的单次保真度可以实现在基于腔的量子位读出，即使在弱耦合限制。这些想法对于将单自旋耦合到微波腔的新系统可能是重要的。
2017-02-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancement of quantum correlations for the system of cavity QED by applying bang-bang pulses
本文提出了一种增强腔量子电动力学系统量子关联的方案，该系统由两个互不相互作用的二能级原子组成，每个原子通过bang-bang脉冲与各自的量子场模局域相互作用。我们研究了bang-bang脉冲对两原子间的量子不和谐、纠缠、量子互信息和经典关联动力学的影响。结果表明，利用bang-bang脉冲可以改善两原子的量子不和谐和纠缠。
2012-08-27 quant-ph
Dispersive response of atoms trapped near the surface of an optical nanofiber with applications to quantum nondemolition measurement and spin squeezing
我们研究了在色散相互作用下，光子与原子之间的强耦合。虽然Purcell增强因子的自发发射到导模没有达到强耦合制度的个别原子，可以获得高的协同性的合奏几千个原子由于紧限制的导模和建设性的干涉在整个链的被困原子。我们计算并矢格林函数，它决定了光的光的散射原子在光纤中的存在，从而相移和偏振旋转诱导的被困原子上的引导光。格林函数与量子化场对张量极化原子的色散响应的海森堡-朗之万处理有关。我们应用我们的形式主义量子非破坏（QND）测量的原子通过偏振。研究了完全混合自旋态原子的散粒噪声限制的原子数探测和钟态原子的投影噪声压缩。与自由空间中原子系综的压缩相比，我们利用了量子几何中出现的独特特征，包括导模的强度和偏振的各向异性。我们使用第一性原理随机主方程来模拟由于光抽运而引起的退相干中压缩随时间的变化。我们发现一个峰值约5 dB的压缩是可以实现的与当前的技术为约2500原子捕获180 nm的半径为a=225 nm的表面。
2016-01-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Proposed realization of the Dicke-model quantum phase transition in an optical cavity QED system
Dicke模型由一个二态原子系综与一个量子化电磁场相互作用组成，在偶极耦合强度的临界值处出现零温相变.我们提出了一个基于多级原子和腔介导拉曼跃迁的方案，以实现一个有效的Dicke系统在相变制度。从腔的输出光携带的关键行为的签名，这是分析的热力学极限的原子的数量是非常大的。
2006-07-18 quant-ph
Polaritonic Hofstadter Butterfly and Cavity-Control of the Quantized Hall Conductance
在以前的工作[物理。123，047202（2019）]引入了称为量子电动力学布洛赫（QED-Bloch）理论的几何不变框架，用于描述均匀磁场中的周期性材料，并在光学极限中与量子化光子场强耦合。对于这样的系统，我们表明，QED-Bloch理论预测的分形极化激元谱的存在作为腔耦合强度的函数。此外，对于作为相对磁通量的函数的能谱，我们发现太赫兹腔可以修改标准的霍夫斯塔德蝴蝶。在没有量子化光子场的情况下，QED-Bloch理论捕捉到了著名的Hofstadter蝴蝶分形谱，并可用于描述强磁场中的二维材料，具有重要的实验意义。作为进一步的应用，我们考虑了腔约束下的朗道能级，并表明腔改变了量子化的霍尔电导，霍尔平台被修改为$σ_{xy}=e^2ν/h(1+η^2)$的光-物质耦合$η$。大多数上述现象应该是实验上可访问的，并讨论了相应的影响。
2022-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conditional large Fock state preparation and field state reconstruction in Cavity QED
我们提出了一个在腔QED中通过实现高选择性的原子与光场相互作用产生大Fock态的方案。它是基于三能级原子受经典光场和量子化光场模的喇曼激发。选择性出现时，一个调谐到共振一个特定的过渡内选定的原子场子空间，而其他过渡保持分散，作为一个结果的依赖于场的电子能量转移。我们表明，这种方案也可以用于重建，在一个新的和有效的方式，腔场态的维格纳函数。
2001-02-14 quant-ph
Spontaneous emission and teleportation in cavity QED
本文研究了高Q腔中两个全同二能级原子与量子化电磁场色散相互作用系统中原子的自发发射。本文根据Zheng S B和Guo G C（2000 Phys.Rev.Lett.）85 2392）。特别地，我们分析了使用这种噪声信道进行隐形传态的保真度，并计算了为了实现隐形传态所可能具有的最大自发衰减率。
2005-10-18 quant-ph
Making ab initio QED functional(s): Non-perturbative and photon-free effective frameworks for strong light-matter coupling
本文提出长波极限下仅基于物质希尔伯特空间的非微扰无光子QED表述，可精确恢复多种极限，并据此构建了首个计算简单且能处理强光-物质耦合的QEDFT局域密度型泛函，适用于周期性体系。
2021-06-14 quant-ph
Quantized Embedding Approaches for Collective Strong Coupling -- Connecting ab initio and macroscopic QED to Simple Models in Polaritonics
提出一种结合第一性原理与宏观量子电动力学的量子嵌入方法，有效处理多体量子光学系统的集体强耦合，为极化激元化学描述真实分子系综的集体效应提供实用框架。
2024-08-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.comp-ph
Feedback cooling of atomic motion in cavity QED
研究了利用连续反馈控制囚禁在光腔中的原子运动的问题。为了在实验上实现这样的方案，必须能够实时地对原子运动进行状态估计。虽然在理论上，这种估计可以通过描述所观察系统的完整动态的随机主方程来提供，但实时积分该方程是不切实际的。在这里，我们推导出一个近似的估计方程，并使用它作为一个驱动器的反馈算法，旨在冷却原子的运动。我们使用完整的模拟腔QED系统，包括量子化运动的原子在一维检查这样的程序的有效性。
2006-07-05 quant-ph
Second Quantized Scalar QED in Homogeneous Time-Dependent Electromagnetic Fields
我们用公式表示均匀含时电磁场中带电标量场的二次量子化，其中对于电场，哈密顿量是一个无限大的解耦含时振子系统，而对于磁场，哈密顿量是另一个无限大的耦合含时振子系统.然后，我们采用量子不变量的方法来寻找各种量子态的带电场。在含时电场中，每个振子的一对量子不变算符在给定动量的情况下扮演含时湮灭算符和创生算符的角色，构造出精确的量子态，并给出真空持续振幅和对产生率.我们还找到了含时磁场中带电场耦合振子的量子不变量，并提出了当磁场随时间变化时的微扰方法。最后讨论了平行于磁场的含时电场作用下的量子态和电子对产生。
2014-09-04 gr-qc hep-th quant-ph
Implementation of a three-qubit quantum error correction code in a cavity-QED setup
错误的校正对于当代计算设备和鲁棒通信协议的发展具有根本的重要性。利用微波腔场量子化模与里德伯原子的相互作用，提出了一种三比特量子重复码的实现方案。量子信息被编码在原子的两个环形里德伯态中，编码和解码过程在两个独立的微波腔中实现。我们表明，由于相位噪声波动的错误可以有效地使用一个国家的最先进的设备进行校正。
2010-07-05 quant-ph
Photon generation through decoherence in cavity QED: analytical analysis
拉比哈密顿量描述了二能级原子与单模量子化电磁场之间的相互作用。当系统处于马尔可夫原子退相库中时，反旋项导致光子从真空中产生。在马尔可夫阻尼库的存在下，渐近平均光子数高于在没有反旋转项的情况下预期的热光子数。我们得到近似的解析表达式在渐近制度的光子产生率在纯退相的情况下，平均光子数和原子布居数反转在一般情况下。我们的分析结果是有效的小平均光子数限制，他们通过数值分析进行了检验。
2008-12-05 quant-ph
Preparation of Large Fock States in Resonators with High Probability
Universidade Federal de São Carlos（圣卡洛斯联邦大学）；Universidade Estadual Paulista (UNESP)（圣保罗州立大学）
本文提出结合量子非破坏光子数编码与量子幅度放大的协议，可在色散电路量子电动力学等平台高概率制备含数百个激发的大福克态，还可用于生成双模NOON态。
2026-08-21 quant-ph
Photon Anomalous Blockade in Waveguide Cavity QED with Atomic Mirrors
School of integrated circuits, Tsinghua University（清华大学集成电路学院）；Beijing Automation Control Equipment Institute（北京自动化控制设备研究所）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；CAS Center for Excellence in Topological Quantum Computation, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学拓扑量子计算卓越创新中心）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）
本文研究了波导腔量子电动力学系统中输出场的光子统计特性，发现即使在损耗大、耦合弱的波导腔中，光子阻塞现象仍可能发生，这与传统光子阻塞或非传统量子干涉在腔QED系统中的条件不同。通过主方程和散射理论推导了弱驱动系统中光子阻塞的条件，发现这种异常光子阻塞是由量子芝诺效应引起的，并且对腔内介质原子位置的变化具有鲁棒性。
2026-05-21 quant-ph
Macroscopic Quantum Criticality in a Circuit QED
研究了两个强耦合电荷量子比特与片上传输线谐振器提供的单模量子场相互作用的腔量子电动力学（QED）。我们分析了该超导电路QED系统的缀饰态结构和任意两个缀饰态之间电磁感应跃迁的选择规则。分析了它的宏观量子临界性，即基态能级交叉，这是由Ising型量子位间耦合和可控制的在位势之间的竞争引起的.
2006-01-04 cond-mat.supr-con quant-ph
The stability of the QED vacuum in the temporal gauge
我们将研究在时间规范中QED真空的稳定性。一般认为真空态是能量最低的量子态。然而，它将表明，这是不是一个系统组成的费米子场耦合到一个量子化的电磁场的时间规范的情况下。将表明，在这种情况下，存在能量比真空态小的量子态。
2004-08-09 hep-th quant-ph
Quantum back-action of optical observations on Bose condensates
利用相衬成像技术，我们拍摄到了运动的玻色-爱因斯坦凝聚体的令人印象深刻的照片。R. Andrews等人，Science 273，84（1996）.我们计算了这种测量技术的量子反作用。我们发现，相衬成像不是一个量子非破坏测量的原子密度。相反，冷凝物以与光强度和光波长的倒数立方成比例的速率逐渐耗尽。凝聚的原子越少，看到图像所需的强度就越高，因此，诱导的反作用也就越高。为了描述相衬成像的量子物理，我们提出了一种新的量子光传输方法。本文发展了一种全量子化原子介质中傍轴光学的有效场论。
1999-05-25 quant-ph
Cavity QED Beyond Rotating Wave Approximation: Photon Bunching from the Emission of Individual Qubits
单量子发射体散射光中的光子反聚束是量子光学的标志之一，它为电磁场的量子化性质提供了明确的证明。反聚束现象可以直观地理解为，在第二次发射之前，需要一个处于较低状态的二能级系统在发射光子后被重新激发到较高状态。在这里，我们表明，这样的图片打破了在超强的光-物质耦合制度，当耦合强度变得可比的裸发射频率。专门的情况下，自然和超导人造原子，我们因此表明，一个单一的发射器耦合到光子谐振器可以发出聚束光。本文给出的结果清楚地证明了超强耦合机制是如何改变单个原子的性质的。
2017-02-02 quant-ph
Comparison of semiclassical and quantum models of a two-level atom-cavity QED system in the strong coupling regime
我们提出了一个数值研究比较半经典和量子模型的阻尼，强相互作用腔QED系统组成的一个单一的二能级原子与一个单一的量子化腔模相互作用的外部驱动的可调谐单色光场。我们计算了每种模型下耦合系统的稳态透射谱，并表明在强耦合区，两种模型产生截然不同的结果。系统的全量子力学模型正确地产生预期的多光子透射谱，而半经典方法的结果在一个多光子光谱。
2019-04-05 physics.atom-ph quant-ph
Dissipation in the Broadband and Ultrastrong Coupling Regimes of Cavity Quantum Electrodynamics: An Ab Initio Quantized Quasinormal Mode Approach
该研究针对宽带光-物质相互作用下腔QED唯象耗散方法的不足，从头推导了基于准简正模量化的量子主方程，验证了其有效性并揭示了宽带耗散区域的新判据与单模模型的限制。
2025-07-30 physics.optics quant-ph
Predictions of the hydrodynamic interpretation of quantum mechanics compared with quantum electrodynamics for low energy bremsstrahlung
结果表明，带电量子粒子的流体动力学解释导致不同的理论预测比量子电动力学（QED）的低能量韧致辐射。在计算中，电磁场在流体力学的情况下被经典地处理，但在QED中被量子化。计算表明，流体力学模型对辐射粒子的波包的大小和形状有不同的和更敏感的依赖性，然后QED。特别是它示出，韧致辐射有时大大减少时，作用在粒子上的力是本地化到一个小的体积相比，粒子的波包。量子电动力学没有表现出这样的减少。因此，可以通过实验来测试这种效果。提出了一个实验。它包括一个带有维恩过滤器的电子显微镜，用于产生单色束电子，并在通过局部力场后对粒子进行精确的能量测量。
2006-03-30 quant-ph
Circuit Quantum Electrodynamics
宏观层次的量子力学效应在20世纪80年代首先在基于约瑟夫森结的超导电路中被探索。在过去的二十年中，量子信息科学的出现加强了对使用这些电路作为量子信息处理器中的量子比特的研究。超导量子比特可以与微波光子（存储在超导电路中的量子化电磁场）进行强烈且可控的相互作用，这一认识导致了电路量子电动力学（QED）领域的创建，这是本文的主题。虽然原子腔QED激发了电路QED的许多早期发展，但后者现在已经成为一个独立和蓬勃发展的研究领域。电路QED允许在量子水平上以前所未有的细节研究和控制光-物质相互作用。它也在目前所有用超导电路处理量子信息的方法中起着至关重要的作用。此外，电路QED使研究与微波光子相互作用的混合量子系统成为可能。在这里，我们回顾超导量子比特的相干耦合到微波光子在高品质振荡器集中在Jaynes-Cummings模型的物理，它的色散极限，在这个系统中的光-物质相互作用的不同制度。我们讨论了超导电路与其环境的耦合，这对于电路QED中的相干控制和测量是必要的，但这也必然会导致退相干。色散量子比特读出，在几乎所有的电路QED实验的核心成分，也被描述。在介绍了电路QED的核心概念之后，我们讨论了这些概念在量子信息处理和量子光学中的重要应用。
2020-05-26 quant-ph
Berry's phase in Cavity QED: proposal for observing an effect of field quantization
自从Pantcharatnam和Berry的早期工作以来，几何相位在经典电磁学和量子力学中是众所周知的。它们的起源依赖于状态空间的几何性质，并且已经在许多不同的系统中进行了研究，例如自旋，偏振光和原子物理学。最近的工作已经探索了它们在干涉测量和量子计算中的应用。早期的工作提出了如何在由外部经典设备或源驱动的单量子系统中观察这些相位，其中，经典是指任何在相互作用时间内状态不会发生显著变化的系统：强磁场与自旋1/2相互作用，或双折射介质与偏振光相互作用。在这里，我们提出了一个可行的实验来调查这些阶段的量子效应，当这个经典源驱动的不是一个单一的量子系统，而是两个相互作用的。特别是，我们展示了如何观察通过真空效应在贝里阶段的字段量子化的签名。为此，我们描述了一个原子和一个量子化的腔模的相互作用完全驱动的外部准经典场。
2002-04-29 quant-ph
Resolution of Gauge Ambiguities in Ultrastrong-Coupling Cavity QED
规范不变性是现代量子场论的基石。最近的研究表明，描述二能级原子与量子化电磁场偶极耦合的量子拉比模型违反了这一原理。这个广泛使用的模型描述了大量的量子系统和不同相互作用机制下的物理过程。在超强耦合制度，它提供的预测，极大地依赖于所选择的规范。这一失败归因于物质系统的有限级截断。我们表明，一个仔细的应用程序的规范原理是能够恢复规范不变性，即使是极端的光物质相互作用制度。在库仑规范中得到的量子拉比哈密顿量与标准模型有很大的不同，并且提供了与使用偶极规范得到的相同的物理结果。它包含场算子的所有订单时，不能忽略耦合强度高。这些结果揭示了非微扰和极端相互作用制度中规范不变性的微妙之处，这些制度现在可以通过实验获得，并解决了量子拉比和迪克模型中规范模糊性引起的所有长期争议。
2018-12-05 quant-ph
On the quantum (in)stability in cavity QED
在腔量子电动力学（QED）的背景下研究了量子运动的稳定性和不稳定性。结果表明，在没有与环境相互作用的情况下，原子在量子化的驻波场中的混沌行走状态下，Jaynes-Cummings动力学是不稳定的。这种量子不稳定性表现在量子纯度和熵的强烈变化以及量子态的保真度对原子-场失谐的微小变化的指数敏感性。它是量化的各自的经典最大李雅普诺夫指数，可以估计在适当的进出实验。
2005-04-25 nlin.CD quant-ph
Ultracold atoms in optical lattices generated by quantized light fields
研究了高$Q$腔模产生的周期光学势作用下的超冷中性原子气体。在极低温度下，腔场和原子动力学需要量子描述。本文从腔QED单原子哈密顿量出发，采用不同的方法导出了具有尺度化参数甚至动力学参数的近似的玻色-哈伯德形式的多粒子哈密顿量。在空腔阻尼足够大的极限下，不同的模型是一致的。与自由空间光晶格相比，光场的量子不确定性和原子与光场纠缠的可能性导致了相变特性的改变，新相的出现甚至不同相的量子叠加。使用相应的有效的主方程，它可以数值求解的几个粒子，我们可以研究时间演化包括耗散。作为一个例子，我们展示了从一个莫特绝缘体类态到一个自序超辐射态的跃迁动力学背后的微观过程，这似乎是横向原子泵浦的稳态。
2008-02-14 quant-ph
Semiclassical and quantum nonlinear spectra of a strongly coupled single $Λ$-type three-level atom-cavity QED system
本文详细地数值模拟了由一个处于$Λ$ -组态的三能级原子组成的腔量子电动力学系统的半经典谱和量子谱，其中一个跃迁与量子腔模发生强相互作用，而另一个跃迁受相干经典场驱动.在从主方程导出系统算符期望值的运动方程后，我们数值计算了在不同水平的外驱动场强度下系统的半经典和量子谱。在半经典方法中，我们忽略了腔和原子算符之间的量子关联，而在全量子方法中，我们没有这样的假设。我们表明，在足够弱的驱动场条件下，半经典和全量子力学方法导致相同的光谱。然而，在较高的驱动场强度下，这两种方法产生截然不同的结果：全量子力学方法产生具有明确结构的多光子谱，而半经典方法产生双光子谱。我们的研究结果还表明，介导的系统的暗态的拉曼跃迁有一个复杂的结构，这取决于系统的探测方式。
2022-02-16 quant-ph
Analogue of Cavity QED for Coupling between Spin and Nanomechanical Resonator
我们描述了一个腔QED模拟的自旋和纳米机械谐振器与磁尖的耦合系统。对于量子化纳米机械谐振器，用于该耦合系统的自旋玻色子模型可以指Jaynes-Cummings（JC）或反JC模型。这些观测结果预示了一些量子光学现象，如纳米机械谐振器在准经典态下制备时的单振荡模式中的压缩和“振荡-复苏”。通过调制RF磁场的相位，可以在JC和反JC模型之间切换系统，这为单自旋的检测提供了潜在的协议。还分析了阻尼机理。
2006-03-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Condensed Matter Systems in Cavity Quantum Electrodynamics
凝聚态物理和量子电动力学（QED）一直被认为是不同的学科。随着腔QED材料的发展，这种情况正在发生变化。在这些进步的推动下，我们的目标是通过合并来自双方的基本概念来弥合这些领域。在论文的第一部分，我们介绍了如何构建非相对论QED，我们讨论了不同规范下的光-物质相互作用，忽略特定的二次项会导致不稳定性。在第二部分中，我们重新讨论了腔QED中自由电子气体的Sommerfeld模型，并给出了这个耦合到腔的典型系统的解析解。我们表明，腔场修改的电子气的光学电导率和抑制其德鲁德峰。此外，通过构建一个有效场论在连续的光子模式，我们展示了光子场如何导致多体重整化的电子质量，修改费米液体的费米准粒子激发。在最后一部分中，我们证明了在均匀磁场中的周期性材料的平移对称性可以通过把这个问题嵌入到QED中来恢复。这导致了一个推广的Bloch理论的电子-光子系统，我们命名为QED-Bloch理论，它可以应用于描述周期性材料在均匀磁场和强耦合的量子化腔场。作为第一个应用程序，我们认为朗道水平耦合到一个腔，我们表明，朗道水平和光子之间的准粒子激发出现，称为朗道极化激元。此外，对于这种结构的周期性材料，QED-Bloch理论预测了新的分形极化激元能谱的出现，我们称之为分形极化激元。分形极化激元是Hofstadter蝴蝶的极化激元，QED模拟。
2022-01-04 quant-ph
Quantum Scanning Microscope for Cold Atoms
我们提出了一个详细的理论描述的原子扫描显微镜中提出的腔QED设置在物理。120，133601（2018）。该显微镜以非破坏性的方式连续观察具有光学亚波长分辨率的原子密度。超分辨是通过设计一个原子内部暗态来实现的，该暗态具有与腔场色散耦合的基态粒子数的急剧空间变化。因此，在零差实验中，内部状态中编码的原子位置被揭示为从腔反射的光的相移。我们的理论描述的显微镜操作是基于随机主方程描述的条件下的原子系统的时间演化的连续观察下的竞争动力学诱导的系统的哈密顿量，退相干效应由于原子自发衰变，和测量反作用。在我们的方法中，我们所观察到的零差电流与当地的原子密度，并讨论了量子非爆破测量制度的出现，允许连续观察量子运动本征态的空间密度，而无需测量反作用在一个单一的实验运行。
2018-08-27 quant-ph
Understanding polaritonic chemistry from ab initio quantum electrodynamics
在这篇综述中，我们提出的理论基础和第一性原理框架内描述量子电动力学（QED）在低能区的量子物质。对相互作用的光子、电子和原子核/离子进行严格和完全量子化的描述，从弱到强的光-物质耦合机制，对于详细了解极化激元化学和腔体材料工程的新兴领域至关重要。使用严格的第一原理避免了使用基于光、物质及其相互作用的现象学描述的近似模型所产生的歧义和问题。从基本的物理和数学原理出发，我们首先详细回顾了非相对论QED，它允许通过求解薛定谔方程来非微扰地研究极化子系统。由此产生的Pauli-Fierz量子场论是计算方法发展的基石，如量子电动力学密度泛函理论，QED耦合簇或腔玻恩-奥本海默分子动力学。这些方法平等对待光和物质，具有与计算化学和电子结构理论相同的准确性和可靠性。在概述了这些新的从头算QED方法背后的关键思想之后，我们解释了它们对于更好地理解光子引起的化学性质和反应的变化的好处。基于从头算QED方法获得的结果，我们确定了开放的理论问题，以及如何建立一个迄今为止缺失的极化激元化学的机制理解。最后，我们展望了极化激元化学和第一性原理QED的未来发展方向，并从理论和实验的角度解决了未来几年需要解决的开放性问题。
2022-11-08 quant-ph
Entanglement concentration for unknown atomic entangled states via entanglement swapping
提出了一种利用腔QED中的纠缠交换实现未知原子纠缠态的纠缠浓缩方案。由于所采用的相互作用是两个被驱动原子与一个量子化腔模之间的大失谐相互作用，因此消除了腔衰减和热场的影响。这些优点可以保证当前方案的实验可行性。
2005-05-02 quant-ph
Quantum Electrodynamics of qubits
系统地描述了具有磁矩的自旋二分之一系统或任何其他二能级系统（量子比特）与量子化电磁场的相互作用。这种描述利用了两能级系统和狄拉克电子之间的密切类比，当两能级系统在费米子产生和湮灭算符的二次量子化形式中描述时，狄拉克电子就出现了。这个类比使我们能够介绍相对论QED的所有强大工具（尽管是以一种非常简化的形式）。费曼图和传播子证明是非常有用的。特别地，真空极化的QED概念在光子散射的二能级系统中找到了它的紧密对应物，通过线性响应理论导出了原子极化率和动态单自旋极化率的一般公式。为了说明这些方法的有用性，我们计算的极化率和磁化率的四阶微扰理论。这些{ \em ab initio}计算解决了有关的符号处方和光学阻尼，出现在唯象治疗的一些含糊之处。我们还表明，用于研究两级系统（量子比特）的方法可以扩展到多级系统（量子比特）。作为一个例子，我们描述了一个具有四个相关态的原子与量子化电磁场的相互作用：一个S态和三个简并P态。
2007-12-12 quant-ph
Magnetic graphs for cavity quantum electrodynamics
Seoul National University（首尔大学）；University of Seoul（首尔大学）
研究腔量子电动力学中增强光与物质耦合的挑战，提出磁图模型，通过图连通性解释量子动力学，将广义量子拉比模型映射到复二分图，揭示连通性转变机制及多体系统动力学。
2026-07-07 quant-ph
Quantum-classical hybrids in a simplified model of QED and geometric phase induced by charged particle trajectory
本文在随机变分方法的框架下，对量子电动力学的一个简化模型导出了一个量子-经典混合模型。在该模型中，带电粒子的运动轨迹受到与量子化电磁场相互作用的影响，这种量子-经典相互作用产生了一个位移电流。我们进一步研究了规范场位形波函中的几何相，它是由带电粒子的绝热运动引起的。这个相位包含了量子-经典反作用效应，并且在带电粒子轨道涨落的消失极限中再现了通常的Berry相位。
2016-02-15 gr-qc hep-th nucl-th
QED for a Fibrillar Medium of Two-Level Atoms
我们考虑一个纤维状介质与连续分布的二能级原子耦合到量子化的电磁场。微扰理论是在原子算符所满足的当前代数的基础上发展起来的。计算了极化激元色散关系和介电常数的单圈修正。导出了重整化群方程，证明了在较高能量下两能级分裂的屏蔽。我们的结果与已知的结果进行了比较，在缓慢变化的包络和旋转波近似。我们还讨论了作为近似理论的量子sine-Gordon理论。
1996-05-31 atom-ph cond-mat hep-th
