A superconducting quantum circuit single artificial atom maser
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Pittsburgh Quantum Institute, University of Pittsburgh（匹兹堡量子研究所，匹兹堡大学）；Yale University（耶鲁大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用人工多能级原子作为增益介质，通过微波信号泵浦至反向人口状态，实现电路量子电动力学中的原子微波放大器模拟，展示了丰富的物理现象及微波量子电路发展对放大器物理的探索潜力。
2026-04-06 quant-ph
Numerical analysis of the influence of initial and external conditions on the association of artificial atoms
本文通过数值分析，研究温度和光子等外部条件对人工原子中电子在不同势阱间跃迁的影响，并提出状态空间选择算法以应对计算复杂性问题。
2023-10-13 quant-ph
Tunable coupling between a superconducting resonator and an artificial atom
量子系统的相干操纵是当前物理学研究的重要课题之一。在本工作中，我们设计了一个电路QED系统，在保持腔频率和原子频率不变的情况下，在人造原子和超导谐振腔之间实现了可调谐耦合。通过控制外磁通量的时间依赖性，我们表明，它是可能的，从极弱耦合制度的超强耦合的相互作用。利用量子微扰理论，我们得到了耦合强度与外磁通量的关系。为了证明它在量子模拟和量子计算领域的可靠性，我们研究了它对噪声的敏感性。
2018-06-06 quant-ph
Scattering of coherent states on a single artificial atom
在这项工作中，我们从理论上分析了一个电路QED设计，传播量子微波与一个单一的人工原子，一个单一的库珀对盒。特别是，我们推导出一个主方程在所谓的transmon政权，包括相干驱动器。受最近实验的启发，我们应用主方程来描述原子的二能级和三能级近似的动力学。在二能级情况下，我们还讨论了如何测量反射场中的光子反聚束，以及有限温度和有限探测带宽对光子反聚束的影响。
2016-02-01 quant-ph
Artificial Rydberg Atom
我们分析了带正电的纳米壳层中电子的束缚态。我们发现，随着纳米壳层半径的增大，体系的结合能和激发能均减小。我们还发现，该系统的基态和第一激发态具有与类氢原子高激发里德堡态相同的性质，即对外部微扰的高灵敏度和长的辐射寿命。
2008-10-01 quant-ph
A phononic crystal coupled to a transmission line via an artificial atom
研究通过人工原子将声子晶体与传输线耦合，实现声学与电磁自由度的量子耦合，仿真与实验验证了其声学模式，为量子声学提供紧凑平台。
2023-09-14 quant-ph
Role of parasitic interactions and microwave crosstalk in dispersive control of two superconducting artificial atoms
在这项工作中，我们研究了寄生相互作用和微波串扰的超导人工原子通过单模共面波导相互作用系统中的作用。通过对原子的有效动力学的一般描述，在两级近似之外，我们表明原子的选择性（单独寻址原子的能力）仅取决于与用于控制系统的驱动器相关联的合成相量。然后，我们利用这种驱动依赖的选择性的好处来描述如何相干粒子数反转同时发生在原子中，没有剩余原子-原子相互作用的干扰。在这种情况下，寄生相互作用作为快速和高保真控制的资源，因为它产生了一个新的原子频率机制，能够抑制有效的原子-原子耦合（空闲点）。最后，我们展示了如何实现纠缠$i$交换门的保真度高于$99\%$，即使存在寄生相互作用。不仅如此，我们认为这种相互作用的存在有助于加速门的性能。我们的研究结果开辟了前景，以一个新的前景，这种“不希望”的影响在超导人造原子系统中的真正作用。
2023-01-04 quant-ph
Ultrafast QND measurements based on diamond-shape artificial atom
我们提出了一个量子非破坏（QND）读出方案的超导人工原子耦合到谐振腔中的电路QED架构，我们估计，没有Purcell效应的限制，一个非常高的测量保真度。该器件由两个通过大电感耦合的transmons组成，通过类交叉克尔项相互作用，产生一个菱形人工原子，一个逻辑量子比特和一个辅助量子比特。该辅助元件强耦合到传输线谐振器。根据量子比特状态，辅助物共振地或色散地耦合到谐振器，导致所传输的微波信号幅度的大对比度。这种原始的方法可以用最先进的约瑟夫森参量放大器来实现，从而在几十纳秒内实现QND测量，保真度高达99.9%。
2013-02-15 quant-ph
Probing the quantum vacuum with an artificial atom in front of a mirror
真空的量子涨落是一种令人惊讶的基本自然现象。尽管被理解为虚光子的存在和消失，它们仍然对卡西米尔效应和原子寿命产生非常真实的影响，\emph{e.g.}。因此，工程真空波动对新兴技术变得越来越重要。在这里，我们使用“镜子”塑造真空波动，在空间中创建它们被抑制的区域。然后，当我们有效地将人造原子移入和移出这些区域时，测量原子寿命可以告诉我们波动的强度。我们观察到的最弱的涨落强度是0.02量子，比没有镜子的预期低50倍，这表明我们可以将原子隐藏在真空中。
2014-10-31 quant-ph
Microwave transmission through an artificial atomic chain coupled to a superconducting photonic crystal
发射极与光子晶体的强耦合为实现新颖的量子光-物质相互作用提供了一个强有力的平台。本文研究了耦合到一维超导微波光子晶体的三能级人工原子链的光学性质。在弱输入光场的透射谱中出现了一个尖锐的最小能量谷，揭示了局域束缚态引起的长程相互作用的丰富行为。我们发现当束缚态的局域化长度足够大时，下降频率与人工原子的数目和长程相互作用的特征强度呈线性关系。基于这一观察结果，我们提出了一个简单的模型来计算系统参数的下降频率，这与精确数值计算的结果吻合得很好。我们观察到输出光场的光子-光子关联函数在聚束和反聚束之间的振荡。此外，我们还发现，即使光子晶体与人工原子之间的耦合强度不完全相等，以及人工原子所受的外驱动场的相位不同，该模型仍然有效。因此，我们可以从透射谱中的凹陷位置推断出有价值的系统参数，这为超导微波光子晶体系统的实验研究提供了重要的测量工具。随着微波光子晶体与人造原子耦合的研究取得显著进展，我们的方案有可能在现有的超导电路中实现。
2019-04-15 quant-ph
Generation of nonclassical microwave states using an artificial atom in 1D open space
我们在一维开放空间中嵌入了一个人工原子-超导transmon量子比特，研究了微波相干态入射时的散射特性。通过研究反射场和透射场的统计，我们证明了散射态可以是非经典的。特别是，通过测量二阶关联函数，$g^{(2)}$，我们显示光子的反聚束在反射场和超聚束在透射场。我们还比较了弹性和非弹性散射场使用相位敏感和相位不敏感的测量。
2012-01-11 quant-ph
Engineering artificial atomic systems of giant electric dipole moment
提出在Paul trap中利用囚禁电子运动态构建具有巨电偶极矩的二能级人造原子系统，其EDM超越Rydberg原子，可实现高效相干控制，用于超高灵敏度电场传感等量子技术。
2023-04-21 quant-ph
Slow and Stored Light via Electromagnetically Induced Transparency Using A $Λ$-type Superconducting Artificial Atom
本文利用单超导量子比特-谐振器系统构建Λ型人造原子，通过电磁感应透明实现3.6 km/s慢光和数百纳秒微波存储，为超导电路量子存储器发展提供新路径。
2024-06-07 quant-ph
Probing the statistics of coherent states by continuous wave mixing on a single artificial atom
研究了超导人工原子上连续相干波的四阶及高阶混频。观察和研究了原子与多光子弹性散射产生的不同阶非线性窄边峰。我们推导出峰值振幅的解析表达式，并表明，任何两个相邻的峰的比例是一个函数的驱动振幅和失谐。这归因于相干态中的光子分布，并为非经典相干波中的光子统计特性提供了一种度量。我们还证明了一个Autler-Townes分裂的侧峰，其规模与散射顺序的大小。
2018-09-13 quant-ph
Deterministic loading and phase shaping of microwaves onto a single artificial atom
本研究提出利用最优时间波形的相干态和Fock态微波光子，将量子信息高效加载到单个超导人造原子上，实现了超过94%和98.5%的加载效率，并通过相位整形实现了对加载过程的相干控制，为基于波导QED的量子网络应用奠定基础。
2020-12-30 quant-ph
Phase-dependent quantum interferences with three-level artificial atoms
在好腔极限下，研究了垂直跃迁偶极子量子阱结构中的梯形三能级系统的腔量子动力学的相位依赖性。泵浦光相位直接转换为腔-量子阱相互作用的叠加振幅。它们的相位差可以被调谐以获得破坏性的量子干涉。因此，腔场消失，尽管发射极继续被泵浦。
2017-03-28 quant-ph
Direct Observation of Coherent Population Trapping in a Superconducting Artificial Atom
原子（或固态“人造原子”）的相干布居俘获（CPT）现象以及电磁诱导透明（EIT）的相关效应清楚地证明了由于多能级量子系统中的相干性而引起的量子干涉。利用相位量子比特局部极小值的三个最低能级，在$Λ$型组态中同时驱动两个相干跃迁，观测到了超导相位量子比特中的CPT.我们观察到$60(\pm 7)%$在CPT共振条件下对激发态布居的抑制。我们目前的数据和匹配的理论模拟显示CPT的发展时间。最后，我们利用观测到的激发态布居的时间依赖性来表征系统的量子退相时间。
2010-03-10 quant-ph
Artificial abelian gauge potentials induced by dipole-dipole interactions between Rydberg atoms
我们分析了里德伯原子间的偶极-偶极相互作用对阿贝尔人工规范势和场产生的影响。当两个里德伯原子被均匀激光场驱动时，我们证明了原子-原子和原子-场的相互作用产生了新的、非均匀的人工规范势。我们确定的机制负责这些规范的潜力的出现。后者的分析表达式表明，最强的人工磁场达到的制度之间的偶极封锁制度和制度，其中原子是足够远的距离，使原子-光相互作用占主导地位的原子-原子相互作用。讨论了由共振偶极-偶极相互作用和范德华相互作用产生的人工规范场的异同。我们也给出了一个估计实验上可达到的人工磁场产生这种机制，我们讨论了它们的检测通过偏转的原子运动。
2013-12-05 physics.atom-ph quant-ph
Resonance fluorescence from an artificial atom in squeezed vacuum
本文介绍了在压缩真空中实现共振荧光的一种实验方法。我们强烈耦合微波频率压缩光超导人造原子和检测所产生的荧光与宽带行波参量放大器启用的高分辨率。我们调查的荧光光谱中的弱和强的驱动制度，观察到高达3.1分贝的减少的荧光线宽低于普通的真空水平和一个戏剧性的依赖性的Mollow三重态光谱上的相对相位的驱动和压缩真空领域。我们的结果与压缩真空中二能级原子产生的光谱的预测非常一致[Phys. Rev. Lett. \textbf{58}，2539-2542（1987）]，证明了共振荧光提供了表征低温环境中挤压的资源有效的手段。
2016-07-15 quant-ph
Slowing and Storing Microwaves in a Single Superconducting Fluxonium Artificial Atom
National Tsing Hua University（国立清华大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Taiwan Semiconductor Research Institute（台湾半导体研究所）
利用单个Fluxonium量子比特在微波波导中实现EIT实验，展示光速减缓和光子存储，为超导电路中的量子通信提供新可能。
2025-12-15 quant-ph
Group delay controlled by the decoherence of a single artificial atom
City University of Hong Kong（香港城市大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；National Tsing Hua University（国立清华大学）；National Chung Cheng University（国立中正大学）；National Taiwan University（国立台湾大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；National Center for Theoretical Sciences（国立理论科学中心）；Xidian University（西安电子科技大学）
通过调控单一人工原子的退相干实现对微波光速的动态控制，实现正负群延迟的可调制。
2024-09-12 quant-ph
Engineering the Environment of a Superconducting Qubit with an Artificial Giant Atom
本文提出利用频率可调的人工巨原子调控超导量子比特与环境耦合，通过反射单光子并透射强微波信号，超越Purcell极限并将量子比特寿命延长十倍，同时保持读出速度。
2024-10-20 quant-ph
Single Artificial Atom SASER
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高等研究中心）；Center for Engineering Physics（工程物理中心）
本文展示了一种利用石英表面声波谐振器与人工原子的声放大器，通过声子数超过90的实验，验证了声学共振放大效应。
2026-03-28 quant-ph
Radiative Properties of an Artificial Atom coupled to a Josephson Junction Array
我们研究了耦合到由约瑟夫森结阵列形成的多模长腔中的人造原子的辐射特性--兰姆位移、Purcell衰减率和自发发射动力学。在原子和阵列之间引入一个可调耦合元件，我们证明了这样一个系统可以表现出从微扰到非微扰的光-物质相互作用机制的交叉，因为它加强了原子和约瑟夫森结阵列（JJA）之间的耦合。因此，自发发射的概念，作为一个单一的复值指数控制的本地原子网站的占领打破。这种故障，我们表明，可以解释在形成的混合原子谐振腔模式与辐射损失，是非平凡的有关的有效耦合个别模式。我们发展了一种奇异函数展开方法来描述这种多模非微扰机制下的开放量子系统动力学。该模式框架概括了有限体积中量子场的简正模描述，并结合了精确的辐射损耗和入射量子噪声。我们的结果与最近的实验与约瑟夫森原子耦合到高阻抗约瑟夫森结阵列。
2022-05-27 quant-ph
Bloch Oscillations in Chains of Artificial Atoms Dressed with Photons
提出了在强耦合区同时受直流光场和量子光场驱动的一维二能级人工原子链模型。原子与光的相互作用导致电子和光子态的纠缠（原子的修饰）。直流场的驱动导致了缀饰原子链的布洛赫振荡。我们认为，敷料和BO的相互影响，并表明，该方案的振荡显着不同于预测的Jaynes-Cummings和Bloch-Zener模型。我们研究了布居数反转、隧穿电流、光子几率分布、平均光子数、光子数方差的演化，揭示了BO对光的量子统计特性的影响。例如，电子回复图和真空拉比振荡都受到布洛赫频率的强烈调制。其结果是，光的量子特性和电子-光子纠缠度变得可控通过绝热直流场转向。另一方面，低频隧穿电流依赖于量子光统计（特别是，对于相干初始状态，它相应地调制的闪烁-恢复图片）。该模型在人造原子的物理起源和原子与光相互作用的频率范围方面具有普适性。该模型适用于二维异质结构（太赫兹频率），半导体量子点（光学范围），和约瑟夫森结（微波）。数值模拟的数据取自最近发表的实验。所得结果为量子态工程和纳米光子学研究开辟了新的途径。
2018-01-28 quant-ph
Tunable frequency conversion and comb generation with a superconducting artificial atom
National Tsing Hua University（国立清华大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；National Taiwan University（国立台湾大学）；Hon Hai Research Institute（鸿海研究院）
该研究展示了一种基于超导人工原子的可调频率转换与梳生成系统，通过波混叠实现频率峰的生成，并在宽频率范围内实现精确控制。
2025-10-30 quant-ph
Spectral Properties of Two Superconducting Artificial Atoms Coupled to a Resonator in the Ultrastrong Coupling Regime
本研究实验探究了两个磁通量子位超强耦合至同一LC谐振器的超导电路，观测到免能级交叉与谱不对称性两种现象，为片上量子光学与量子信息新过程研究提供了新平台。
2025-05-19 quant-ph
Heat transport through a superconducting artificial atom
量子热传递通过一个通用的超导设置组成的可调transmon量子位之间的谐振器，是由热库终止的探索。被认为是两种类型的架构，顺序和分束器设置。应用数值精确的分层运动方程（HEOM）的方法，稳态性能被揭示，并通过实验确定相关的参数集。基准测试结果进行了比较与预测的基础上近似处理，以证明其失败的参数空间在很宽的范围。这些发现可能有助于改善未来超导设备的热控制设计。
2021-03-02 quant-ph
Observation of collective coupling between an engineered ensemble of macroscopic artificial atoms and a superconducting resonator
不同量子系统的杂交现在被看作是一种有效的方式来工程的整个系统的属性，导致在量子超材料，量子模拟，和量子精密测量的应用。一个众所周知的例子是超导电路耦合到微观自然原子的集合。在这种情况下，单个原子的性质是固有的，因此是不可改变的。然而，目前的技术允许我们制造宏观人造原子的大集合，例如超导通量量子比特，在那里我们可以真正定制和控制单个量子比特的属性。在这里，我们演示了微波谐振器和几千个超导通量量子比特之间的相干耦合，在那里我们观察到一个大的色散频率偏移的频谱250 MHz的集体行为诱导。这些结果代表了迄今为止实现的最大数量的耦合超导量子比特。我们的方法表明，现在可以设计系综的属性，为量子多体系统的受控探索开辟了道路。
2016-06-14 quant-ph
Evanescent Artificial Gauge Potentials for Neutral Atoms
我们表明，原子与倏逝光场相互作用，产生在界面处的电介质与真空，经历人工规范电位。这些电位主要取决于表征倏逝场的物理参数，最显著的是介电材料的折射率和在界面处全内反射的激光束的入射角。推导了各种倏逝光场和二能级、三能级系统的规范场。使用这样的人工规范位的操纵原子被困在界面上指出和讨论。
2013-10-26 physics.optics quant-ph
Waveguide-mediated interaction of artificial atoms in the strong coupling regime
波导量子电动力学研究一维辐射通道中量子发射体的光子介导相互作用。虽然以前在各种物理系统中已经观察到了这种相互作用的签名，但相干合作动力学的观察已经被原子进入波导的辐射衰减所掩盖。采用transmon量子比特作为人工原子耦合到微波共面波导，在这里，我们观察到一个开放系统中的动态振荡，其中指定的探针量子比特与量子比特阵列的纠缠暗态相互作用，有效地捕获辐射作为原子腔。量子位腔系统被示出，以实现一个大的协同$\mathcal{C}=172$由于集体增强的光子介导的相互作用，进入强耦合制度。通过单激发态下的非线性响应研究了暗态腔的量子相干性。通过实际的改进，该系统适合于研究大（$N>10$）量子自旋链的多体动力学，根据需要合成高度非经典的辐射场，并对无退相干子空间内编码的信息实现高保真度的通用量子逻辑运算。
2018-09-25 quant-ph
Large-scale integration of near-indistinguishable artificial atoms in hybrid photonic circuits
开发量子计算机和远程量子网络的一个核心挑战在于在许多可单独控制的量子比特之间分配纠缠。钻石中的颜色中心已经成为领先的固态“人造原子”量子比特，能够按需远程纠缠，相干控制超过10个具有分钟长相干时间的辅助量子比特，以及增强记忆的量子通信。关键的下一步是将大量的人造原子与光子结构集成，以实现大规模的量子信息处理系统。到目前为止，这些努力一直受到量子位不均匀性，低器件产量和复杂器件要求的阻碍。在这里，我们介绍了一个高产量的异质集成的“量子微芯片”（QMCs）-金刚石波导阵列含有高度相干的颜色中心-与氮化铝（AlN）的光子集成电路（PIC）的过程。我们的工艺能够在PIC中开发72通道无缺陷锗空位（GeV）和硅空位（SiV）色心阵列。光致发光光谱揭示了GeV（SiV）发射体的54 MHz（146 MHz）的长期稳定和窄的平均光学线宽，接近32 MHz（93 MHz）的寿命限制线宽。此外，单个量子位中的不均匀性可以通过超过100 GHz的光频率的集成调谐来原位补偿。将大量几乎不可区分的人造原子组装成相位稳定的PIC的能力为多路复用量子中继器和通用量子计算机提供了一种架构。
2019-11-13 quant-ph
Electron paramagnetic resonance spectroscopy using a single artificial atom
本研究提出以超导磁通量子比特这类人造原子为自旋磁化探测器的新型电子顺磁共振谱仪，在保持相近灵敏度的同时将磁传感体积较腔式谱仪提升两个数量级，为纳米级单自旋测量奠定基础。
2017-11-28 quant-ph
An artificial atom locked to natural atoms
在量子信息的新兴概念中，如纠缠交换、量子隐形传态和量子网络，以相同能量发射光子的单光子源起着关键作用。它们可以在各种系统中实现，其中半导体量子点或“人造原子”可以说是最有吸引力的。然而，与“自然原子”不同，没有两个人造原子是相同的。这种特性对于需要具有相同能量的光子量子态的量子信息应用是一个严重的障碍。在这里，我们展示了一个单一的人造原子，它产生的光子具有锁定在自然原子中的光学跃迁的绝对能量。此外，我们表明，我们的系统是强大的，免疫漂移和波动的环境中的发射器。我们的演示对于在任意远程位置实现大量普遍不可区分的固态系统至关重要，在这些位置，频率锁定的人造原子可能成为基本成分。
2013-02-08 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Giant Cross Kerr Effect for Propagating Microwaves Induced by an Artificial Atom
研究了微波场与人工原子强耦合传输的交叉克尔相移。人工原子是一个超导的传输子量子比特在一个开放的传输线。我们证明了在单光子水平上两个相干微波场之间的平均相移为每光子11度。在高控制功率下，我们观察到高达30度的相移。我们的结果提供了一个重要的一步量子门与传播光子在微波制度。
2012-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room Temperature Quantum Coherent Revival in an Ensemble of Artificial Atoms
我们报道了量子光学的标志性概念：室温量子点系综中量子相干性（QCR）的周期性坍缩和复活。对量子态的控制，固有的QCR，连同动力学量子点的属性提供了一个机会，实用的室温构建块的量子信息处理。QCR的振幅衰减取决于QD均匀线宽，因此，使其提取在双脉冲拉姆齐型实验。更常见的光子回波技术也被调用，并产生相同的线宽。测量的电偏压和温度依赖性的横向弛豫时间，使确定两个主要的退相干机制：载流子和载流子声子散射。
2020-10-28 quant-ph
Resonance fluorescence of a chiral artificial atom
我们演示了一个超导人造原子与微波光子波导的强单向耦合。我们的人工原子是通过将一个transmon量子比特耦合到波导中的两个空间分离的点，并进行时间调制的相互作用来实现的。在我们的计划中的参数耦合所产生的方向敏感的干扰的结果在一个非互易的响应，我们测量的自发发射的前向/后向比超过100。我们通过测量强共振驱动下的共振荧光光谱和观察分辨良好的Mollow三重态来验证这种人工手性原子的量子非线性行为。此外，我们证明了人工原子的第二跃迁能量的手征性，并控制它与一个脉冲序列，以实现一个依赖于量子比特状态的非互易相位巡游光子。我们的演示提出了一个超导硬件平台，用于可扩展地实现手性量子光学范式中的几个关键功能，包括具有全对全连接性的量子网络，多体纠缠的驱动耗散稳定，以及复杂的非经典光态的产生。
2022-12-21 physics.optics quant-ph
Quantum coherence between cavity and artificial atom in a superconducting circuit QED ladder system
我们在由transmon量子比特和腔组成的超导电路量子电动力学系统中建立了一个腔色散能级的量子三能级梯形系统，并直接观察到了Autler-Townes分裂效应，而不是用量子比特在各个能级上的概率来表示。在传输子的第二激发态与腔色散能级之间的跃迁上施加耦合器音，同时探测腔谱。清晰地显示了腔能级的双重透射谱和反常色散谱。对腔谱的傅里叶逆变换表明，腔与量子比特之间存在着布居的量子相干性拉比振荡。
2016-04-13 quant-ph
Single-artificial-atom lasing using a voltage-biased superconducting charge qubit
我们考虑一个由单个人工原子耦合到腔模的系统。人工原子被偏置，使得系统中最主要的弛豫过程将原子从其基态带到其激发态，从而确保粒子数反转。最近的一个实验证明了这种情况是使用电压偏置超导电荷量子比特实现的。即使在“反向弛豫”条件下，如果“弛豫”速率大于某个阈值，激光作用也会被抑制。使用简单的过渡率参数和半经典计算，我们推导出解析表达式的激光抑制条件和状态的腔中的激光和抑制激光制度。数值计算的结果与解析推导的结果吻合得很好。我们首先分析了一个简化的二能级原子模型，然后分析了一个三能级原子模型，该模型可以准确地描述最近实现的超导人工原子激光器。
2009-02-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Waveguide Quantum Electrodynamics with Giant Superconducting Artificial Atoms
光-物质相互作用的模型通常会调用偶极近似，其中原子被视为点状物体，与它们相互作用的电磁模式的波长相比。然而，当原子的尺寸和模式波长之间的比率增加时，偶极近似不再成立，原子被称为“巨原子”。到目前为止，在巨原子体系中使用固态设备的实验研究仅限于耦合到短波长表面声波的超导量子比特，仅探测原子在单一频率下的特性。在这里，我们采用了另一种架构，实现了一个巨大的原子耦合小原子的波导在多个，但分离，离散的位置。我们实现的巨原子，使可调谐的原子波导耦合与大的开关比和耦合光谱，可以通过设备设计工程。我们还证明了多个巨原子之间的退相干自由的相互作用，介导的准连续谱的模式在波导-一种效果，是不可能实现与小原子。这些功能允许这种架构中的量子位在原位在受保护和发射配置之间切换，同时保留量子位-量子位相互作用，为高保真量子模拟和非经典巡回光子生成开辟了新的可能性。
2020-07-03 quant-ph
Tunable quantum switcher and router of cold atom matter waves using artificial magnetic fields
本文研究了单原子在一个只有两个梯级的两足阶梯中的输运，梯级和两足阶梯一起包围着一个人工磁通量。在这里，两条腿上的原子具有相反的现场能量，产生一种能量。我们发现，从左腿进入的原子可以通过改变其能量、跳跃强度或磁通量来实现从阻塞到透明的转变，这可能用于量子开关。此外，从左腿进入的原子也可以被完美地路由到右腿，有趣的是，R通道中的出射原子具有可以被磁通量调制的波矢量。这一结果有可能用于控制两个冷原子量子器件之间通信的接口。该方法也可推广到其它人工量子系统，如超导量子线路系统、光机械系统等。
2019-07-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
Artificial intelligence for artificial materials: moiré atom
The NSF AI Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions（美国国家科学基金会人工智能与基本相互作用人工智能研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
原子级薄范德瓦尔斯异质结构中的莫尔工程创造了具有设计师特性的人工量子材料。我们使用二维费米子神经网络解决了相互作用电子被限制在莫尔超晶格势最小值（莫尔原子）的多体问题。我们表明，强库仑相互作用与各向异性莫尔电位相结合，导致引人注目的“维格纳分子”的电荷密度分布可观察到的扫描隧道显微镜。
2023-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cs.LG
Topology-Induced Symmetry Breaking for Vortex with Artificial Monopole
我们在冷原子系统中构造了一个人工U（1）规范场，使之与涡旋一起形成一个非线性的规范场。假设冷原子被约束在一个球面上，两组相同的激光束沿相反的传播方向照射在球面的两侧。通过选择合适的激光模式，可以得到与量子化磁通量成正比的任意陈氏数CN。这种结构满足陈氏定理的条件，使得原子波函数的涡旋出现在缠绕数等于CN的球上。发现奇CN的几何对称性自发破缺，对应于拓扑诱导的量子相变。特别是当CN=1时，冷原子的基态是双简并的，可以用来构造稳定的量子比特。由于基态简并受到拓扑诱导对称破缺的保护，因此该拓扑结构在量子存储方面具有巨大的潜力。
2017-06-01 quant-ph
Quantum wave mixing and visualisation of coherent and superposed photonic states in a waveguide
超导量子系统（人造原子）最近已成功地用于演示微波范围内单原子量子光学的片上效应。特别是，当非线性介质被缩小到单个量子散射体时，一个众所周知的四波混频效应可以揭示一系列超越经典物理学的特征。在这里，我们演示了一个超导人造原子上的量子波混频（QWM）现象。在四波混频中，弹性散射辐射的光谱是相互作用的叠加相干光子态的直接映射。此外，人造原子可视化光子状态统计，区分相干，单光子和双光子叠加状态与量子制度中的有限（量子化）数量的峰值。我们的结果可能为研究人工原子微波光学中的非线性量子效应提供一个新的视角。
2017-09-27 quant-ph
Electromagnetically induced transparency on a single artificial atom
我们提出了一个宏观的人工“原子”（超导量子系统）耦合到开放的一维空间的传输线的电磁感应透明（EIT）的实验观察。与具有许多原子的光学介质不同，一维空间中的单原子EIT表现为对电磁波反射的抑制，而不是吸收。所观察到的传播微波的反射和透射的几乎100%调制证明了单个人造原子的完全可控性和操纵原子状态的可能性。该系统可作为微波的可切换反射镜，在光子量子信息处理等领域具有良好的应用前景。
2010-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Control and Tomography of a Three Level Superconducting Artificial Atom
许多超导量子位，例如transmon或相位量子位，具有具有小非谐性的能级结构。这允许方便地获得具有相似频率的较高激发态。然而，在使用短控制脉冲时，必须特别注意避免不必要的较高水平的群体。在这里，我们演示了在transmon中使用最优控制技术制备任意三能级叠加态。通过色散读出，我们提取了三个能级的布居数，并研究了其激发态的相干性。最后，我们展示了完整的量子态层析的准备quutrit状态和评估的一组状态的结晶度，发现平均96%。
2010-04-30 quant-ph
Cavity-enhanced single artificial atoms in silicon
固体中的人造原子是量子网络、可扩展的量子计算和传感的主要候选者，因为它们将长寿命的自旋与移动和鲁棒的光子量子比特相结合。在这些系统的核心自旋光子接口的中心要求是长的自旋相干时间和有效的自旋光子耦合在电信波长。硅中的人造原子具有独特的潜力，可以将硅中自旋的长相干时间与世界上最先进的微电子和光子平台中的电信波长光子相结合。然而，目前的一个瓶颈是人造原子的自然弱发射率。一个开放的挑战是通过耦合到光学腔来增强这种相互作用。在这里，我们展示了腔增强的单个人工原子在硅的电信波长。我们通过逆向设计优化了光子晶体谐振腔，并在通信O波段实现了单G中心的可控腔耦合。我们的研究结果说明了在电信波长的硅中实现确定性自旋光子界面的潜力，为可扩展的量子信息处理铺平了道路。
2023-02-20 physics.optics quant-ph
Coherent photons and macroscopic cat states generated by a cyclic artificial atom with broken symmetry
提出了一种利用具有$Δ$形（或循环）跃迁的三能级系统产生单模微波场非经典态和宏观猫态的新方法。这种奇异的系统可以通过超导量子线路实现，其有效势具有破缺对称性。利用循环布居数转移，在第三次跃迁中，当外加两个经典场诱导另外两次跃迁时，可以产生可控的单模光子态。这是因为，对于大的失谐，两个经典场等效于一个有效的外力，它导出了量子化的单模。我们的方法不仅适用于超导量子线路，而且适用于任何具有$Δ$型跃迁的三能级量子系统
2005-11-29 quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with dressed states of a superconducting artificial atom
实验研究了人工原子与两个近距离共振模耦合的微波响应。当原子受到其中一种模式的欠驱动时，原子态和模式光子叠加，形成缀饰态。从腔量子电动力学的角度出发，通过与另一个共振模的强耦合，制备了原子的第一、第二和第三激发态的缀饰态，并对其进行了探测。探测音的传输受驱动微波振幅的调制，显示了与原子间能级跃迁相关的多光子过程。我们的系统提供了一个简单的方法来研究的修饰状态，通过驱动一个模式和探测的Landau-Zener转变的其他。
2019-06-16 physics.optics quant-ph
Designing frequency-dependent relaxation rates and Lamb shift for a giant artificial atom
在传统的量子光学中，研究原子与光在光学频率下的相互作用，与光的波长相比，原子可以近似为点状。到目前为止，这种关系也适用于由超导电路或量子点制成的人造原子，与微波辐射相互作用。然而，最近和正在进行的实验使用表面声波表明，一个单一的人工原子可以耦合到玻色子场在几个点波长分开。在这里，我们从理论上研究这种类型的系统。我们发现，多耦合点引起的频率依赖性的原子和它的环境之间的耦合强度，也在原子的兰姆位移。频率依赖性由耦合点坐标的离散傅立叶变换给出，因此可以设计。我们讨论了这种现象的一些可能的应用，包括可调谐耦合，单原子激光，和其他效果，可以通过设计在一个多能级原子的不同跃迁的相对耦合强度来实现。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Driving forbidden transitions in the fluxonium artificial atom
由于原子服从不同的可能对称性，原子系统显示出丰富多样的量子动力学。这些对称性导致了对原子系统的量子控制至关重要的选择规则。超导人造原子主要由宇称对称性控制。其相应的选择规则限制了可以使用电磁电路在其最佳相干操作点（“甜蜜点”）构建的量子系统的类型。在这里，我们使用人工原子和它的读出谐振器之间的三阶非线性耦合来驱动由奇偶选择规则禁止的跃迁，以线性耦合到微波辐射。一个λ型系统出现在这些新的可访问的过渡，在这里实现的fluxonium人工原子耦合到它的“天线”谐振器。我们证明了相干操纵的磁通人工原子在其甜蜜点受激拉曼跃迁。这种类型的跃迁使得能够创建新的量子操作，例如控制和读出物理保护的人工原子。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Creating artificial magnetic fields for cold atoms by photon-assisted tunneling
本文提出了一种在二维光晶格中为中性原子引入人工磁场的简单装置。这种设置是基于光子辅助隧穿现象，并涉及一个低频率的周期性驱动的光晶格。这种低频驱动不影响原子的电子结构，并且可以通过用于创建晶格的相同手段容易地实现。我们还解决了检测这个有效的磁场的问题。特别是，我们研究的质心波包动力学，这是表现出一定的功能的回旋动力学的经典带电粒子。
2011-01-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
A V-shape superconducting artificial atom based on two inductively coupled transmons
电路量子电动力学系统通常由谐振器和两级人工原子构成，但使用多级人工原子可以在量子技术中实现有前途的应用。在这里，我们提出了一个约瑟夫森结电路专用于操作作为一个V形人工原子的实现。基于两个内部自由度的概念，该器件由两个通过电感耦合的transmon量子比特组成。约瑟夫森非线性引入了两个自由度之间的强对角耦合，其在量子非破坏读出方案中以及在基于超导电路的微波交叉克尔介质的实现中找到应用。
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Resonance Fluorescence of a Single Artificial Atom
开放空间中的原子可以通过电磁波的共振吸收和再发射来检测，称为共振荧光，这是量子光学的基本现象。本文报道了单个人工原子对传播波的散射的观测结果。人工原子是一个超导的宏观二能级系统，其行为与量子光学中一维开放空间中点状散射体与电磁场相互作用的预言在定量上是一致的。在传播波的高度消光中揭示的强原子-场相互作用将允许可控人造原子在量子光学和光子学中的应用。
2010-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
