Many-Body Photon Blockade and Quantum Light Generation from Cavity Quantum Materials
研究腔量子材料中光与物质的强耦合，通过推广输入-输出关系证明透射光子反聚束效应反映材料改变，并利用量子临界点实现多体光子阻塞以产生单光子或EPR对，为量子光源与传感提供新途径。
2024-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coherent generation of nonclassical light on chip via detuned photon blockade
在芯片上产生光的非经典态是未来光量子硬件的关键要求。在固态腔量子电动力学中，这种非经典光可以由强耦合到光子晶体腔的自组装量子点产生。它们的非谐强光-物质相互作用在单光子水平上导致大的光学非线性，其中单个光子进入腔体可以增强（光子隧穿）或减少（光子阻塞）第二个光子进入腔体的概率。在这里，我们证明，失谐的腔和量子点共振，使高纯度的非经典光的强耦合系统的产生。对于特定的失谐，我们表明，不仅纯度，而且单光子产生的效率显着增加，使高质量的单光子产生的光子封锁可能与当前最先进的样品。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-induced exciton localisation and polariton blockade in two-dimensional semiconductors coupled to an electromagnetic resonator
最近的实验已经证明了电磁纳米谐振器和二维半导体的原始片之间的强光-物质耦合，并且已经推测这些系统是否可以进入在少极化子水平下操作的量子区域。为了解决这个问题，我们提出了一个第一性原理微观量子理论的激子之间的相互作用的无限片的二维材料和局域电磁谐振器。我们发现，光-物质相互作用打破了对称性的，否则不稳定的系统，从而有效地产生一个本地化的激子模式，这是耦合到环境中的剩余激子模式。这种耗散耦合增加更严格的横向限制，我们的分析表明，这是一个潜在的挑战，在实现非线性激子激子相互作用。尽管如此，我们预测，极化激元封锁由于非线性激子-激子相互作用是触手可及的纳米谐振器耦合到过渡金属dichalcogenides，提供的横向谐振器模式限制可以足够小的非线性克服了极化激元退相声子相互作用所造成的。
2022-02-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unconventional photon blockade in doubly resonant microcavities with second-order nonlinearity
结果表明，非中心对称材料与散装二阶非线性极化率可以用来产生强烈的反聚束辐射在任意波长，仅由适当的工程耦合微腔的谐振行为确定。所提出的方案利用了非常规的光子阻塞的相干驱动场在耦合腔系统的输入，其中两个腔之一被设计为在基波和二次谐波频率，分别谐振。值得注意的是，非常规阻塞机制在两个谐波处以合理低的品质因数发生，并且不需要第二腔的尖锐双谐振条件，从而证明其在当前半导体技术下的可行性。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Coulomb Blockade in Chaotic Systems
研究了通过一个完全传输的量子信道与导线相连的混沌腔中的库仑阻塞。与以前的理论不同，我们证明了由完全传输引起的电荷量子涨落并不完全破坏库仑阻塞。所有可观察到的特性对栅极电压的振荡依赖性持续存在，其周期不受影响;然而，振荡的相位是随机的，反映了腔中的混沌电子运动。由于这种随机性，库仑阻塞不出现在平均值中，而是出现在波动可观测量的关联函数中（例如，电容或隧穿电导）。
1996-12-14 cond-mat.mes-hall
Scaling Enhancement of Photon Blockade in Output Fields
本文提出利用非线性腔与无直接耦合的辅助线性腔混合输出场中的双光子路径相消干涉，实现光子阻塞的双二次标度增强，并推广至 Jaynes-Cummings 模型及其他玻色子系统。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable phonon blockade in weakly nonlinear coupled mechanical resonators via Coulomb interaction
在微纳机械谐振器中实现量子力学行为吸引了持续的研究努力。观察力学物体量子性质的方法之一是通过声子阻塞机制。在这里，我们表明，声子封锁可以实现在两个弱非线性机械谐振器耦合的库仑相互作用的系统。最佳的封锁出现作为导致双声子激发的路径之间的破坏性量子干涉的结果。观察到，与施加在一个机械谐振器上的单个驱动相比，驱动两个谐振器在许多方面可以是有益的;例如，就声子阻断的温度灵敏度而言，以及就可调谐性而言，通过外部地控制第二驱动的振幅和相位。我们还表明，通过辐射压力引起的耦合在光机械腔，声子相关性可以间接测量的腔模式的光子相关性。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhancing the Energy Resolution in Scanning Tunneling Microscopy: from dynamical Coulomb blockade to cavity quantum electrodynamics
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung（马克斯·普朗克固体研究所）；Institute for Complex Quantum Systems and IQST, Universität Ulm（乌尔姆大学复杂量子系统与IQST研究所）；Institut de Physique, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
通过结合电磁屏蔽和低通滤波，提升扫描隧道显微镜能量分辨率至3.7μeV，揭示原子尺度隧穿过程与宏观腔量子电动力学的联系。
2026-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Nonclassical Light Generation from III-V and Group-IV Solid-State Cavity Quantum Systems
在这一章中，我们介绍了利用半导体腔量子电动力学（QED）平台产生光的非经典态的最新进展。我们的重点是光子封锁效应，使无法区分的光子流的产生具有高纯度和效率。从光学纳米腔中InGaAs量子点的领先平台开始，我们回顾了与腔强耦合的单个量子发射器的物理。此外，我们还提出了一个完整的III-V族量子点腔QED系统的光子阻塞和隧穿模型。转向量子发射器与小的不均匀加宽，我们提出了一个新的实验的基础上，IV族色心系统的非经典光产生的方向。我们提出了一个模型的多发射腔QED平台，其特点是更丰富的修饰态梯形结构，并显示它如何可以提供机会，研究新的制度的高质量的光子封锁。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
The photon blockade effect in optomechanical systems
本文分析了弱驱动光机械系统的光子统计特性，讨论了在单光子强耦合条件下的光子阻塞效应。我们提出了一个直观的解释，这种效果的位移振子状态，并推导出腔激发光谱和双光子关联函数$g^{(2)}(0)$的解析表达式。我们的研究结果预测了在强耦合和边带分辨相结合的情况下出现的非经典光子关联，并提供了强耦合光力学中光子-光子相互作用的第一个详细的理解。
2011-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-photon blockade in doubly resonant nanocavities with second-order nonlinearity
我们提出了使用纳米结构的光子纳米腔制成的二阶非线性材料作为前瞻性的无源器件，通过单光子阻塞输入相干场产生强亚泊松光。最简单的方案是基于纳米腔是双谐振的要求，即具有在基波和二次谐波频率下具有良好空间重叠的腔模式。我们讨论了这个方案的可行性与国家的最先进的纳米纤维技术，以及使用它作为一个被动的单光子源的需求的可能性。
2013-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single electron-phonon interaction in a suspended quantum dot phonon cavity
用低温库仑阻塞测量方法研究了一种由嵌入GaAs/AlGaAs自支撑膜中的量子点组成的电子-声子腔。我们发现一个完整的抑制单电子隧穿在零偏置导致形成一个能隙的传输谱。所观察到的效果是由局限在腔中的局部声子模式的激发引起的。在磁场中，具有非零角动量的较高电子态与声子能量共振，这种声子对传输的阻碍被解除。
2003-04-06 cond-mat.mes-hall
Input-output theory of the unconventional photon blockade
我们研究了非传统的光子封锁，最近提出的耦合腔系统，在存在输入和输出量子场。输入或输出通道的混合仍然允许输出场的强光子反聚束，但是对于系统参数的最佳值，其基本上不同于使腔内场的反聚束最大化的那些。这一结果表明，在光子系统中的特定的输入-输出几何形状决定了单光子器件操作的最佳设计。我们提供了一个紧凑的分析公式，可以找到每个特定的系统几何形状的最佳参数。
2013-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multimode photon blockade
该研究在9模超导电路QED系统中实现了纯N体多模光子阻塞，可制备多光子Fock态与多模纠缠W态，为多体量子物理研究提供了新平台。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Two-photon transport through a waveguide coupling to a whispering gallery resonator containing an atom and photon-blockade effect
研究了双光子通过波导侧面耦合到回音壁原子系统的输运。利用Lehmann-Symanzik-Zimmermann（LSZ）约化方法，给出了双光子过程的一般公式，包括双光子散射矩阵、波函数和出射光子的二阶关联函数.基于二阶关联函数的精确结果，我们分析了两种不同情况下出射光子的量子统计行为：（a）回音壁谐振腔中不存在模间耦合的理想情况;（b）存在模间耦合导致更复杂的非线性行为的情况。在理想情况下，我们表明，该系统由两个独立的散射路径，一个自由路径的腔模式没有原子激发，和一个“Jaynes-Cummings”路径描述的Jaynes-Cummings哈密顿耦合到一个原子的单模腔。自由光路对相关双光子过程没有贡献。在存在模间混合的情况下，系统不再表现出自由共振路径。相反，单光子和双光子输运性质都取决于原子的位置。因此，在存在模间混合的情况下，人们实际上可以通过改变原子的位置来调节光子相关性质。我们的形式也可以用来处理谐振腔和腔耗散。
2012-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dissipation-induced nonreciprocal magnon blockade in a magnon-based hybrid system
我们提出了一个实验上可实现的非互易磁振子器件在单磁振子水平上利用磁振子阻塞的磁振子为基础的混合系统。微波腔中虚光子介导的相干量子比特-磁振子耦合导致复合模的能级非谐性。相反，相应的耗散对应物，由波导中的行进微波引起，产生能级的不均匀加宽。结果，这两种相互作用的协同效应导致了方向依赖的磁振子阻塞的出现。我们表明，这可以证明通过研究等时间的二阶关联函数的磁振子模式。我们的研究开辟了一条途径，工程师在量子制度的非互易磁振子设备只涉及少量的磁振子。
2021-12-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Biexciton-mediated superradiant photon blockade
光子阻塞是量子光通过只能容纳一个光子的单个二能级系统传输的标志。在这里，我们从理论上表明，即使是一个看似经典的系统，大量的量子点在一个腔中的双光子传输可以被抑制时，考虑到双激子的非线性。我们揭示了透射光子的二阶关联函数对双激子结合能的非单调依赖性。通过适当调节控制集体超辐射模式的双激子共振来实现封锁。
2015-11-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Antibunching and unconventional photon blockade with Gaussian squeezed states
光子反聚束是在强非线性系统中通常观察到的量子现象，其中光子阻塞抑制了同时检测到两个光子的概率。反聚束也被报道与高斯态，其中优化的振幅压缩产生经典禁止的强度相关值，$g^{(2)}(0)<1$。因此，观察到的反聚束不一定是光子-光子相互作用的特征。为了阐明强度相关的意义，我们推导出一个充分条件，如果一个字段是基于$g^{(2)}(0)$测量的非高斯推导。然后，我们表明，高斯反聚束与退化的参量放大器是接近的理想情况下达到使用耗散压缩协议。最后，我们揭示了所谓的非常规光子阻塞效应预测驱动双腔设置与令人惊讶的弱克尔非线性，强调这是一个特殊的实现优化高斯振幅压缩。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Detecting phonon blockade with photons
当涉及很少的声子时，测量机械系统的量子动力学仍然是一个挑战。我们表明，超导微波谐振器线性耦合的机械模式构成了一个非常强大的探头，这个范围。通过调节栅极电压，这种新的耦合可以比通常的辐射压力相互作用强得多。我们着重于声子阻塞的检测，表明它可以通过测量腔中光的统计来观察。其根本原因是两个谐振器之间纠缠态的形成。我们的方案实现了一个声子约瑟夫森结，引起声子和光子之间的相干振荡，以及自陷制度的耦合小于一个临界值。从自陷到振荡状态的转变也是由耗散动态地诱导的。
2011-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-Photon Transport in a Waveguide Coupled to a Cavity with a Two-level System
我们考虑一个波导耦合到一个嵌入有二能级系统的腔中的系统，研究了双光子量子态注入到波导中时的效应。利用Lehmann-Symanzik-Zimmermann（LSZ）约化方法精确求解了两个出射光子的波函数。我们的结果明确显示了强原子-腔耦合区的光子阻塞效应。研究了强耦合和弱耦合两种情况下出射光子的量子统计特性，包括光子聚束和反聚束行为。这些结果与最近的实验观察相一致。
2010-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interference induced magnon blockade and antibunching in a hybrid quantum system
本研究提出在混合铁磁体-超导系统中，利用量子干涉诱导磁子阻塞与反聚束，通过调节耦合比和失谐实现单磁子产生器件的构建。
2023-05-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon blockade and the quantum-to-classical transition in the driven-dissipative Josephson pendulum coupled to a resonator
本文研究了在耗散存在的情况下，耦合到谐振子的约瑟夫森摆的振荡运动和经典近自由转动之间的受驱动量子相变。我们称之为约瑟夫森-拉比模型。该模型描述了电路量子电动力学的标准设置，其中通常将transmon器件嵌入超导腔中。我们发现，通过处理系统量子力学这种转变发生在更高的驱动功率比预期从一个所有的经典治疗，这是一个后果的准周期性起源于离散的束缚态的能谱。我们计算了谐振腔中的光子数，并表明它对驱动功率的依赖是非线性的。此外，由此产生的多光子阻塞现象是敏感的截断的状态的数量在transmon，这限制了标准的Jaynes-Cummings模型的适用性作为一个近似的光子振荡器系统。我们计算了被阻塞的微波光子的n阶关联函数，并观察了行波近似与包含反旋项的完全多级Josephson-Rabi哈密顿量之间的差异。最后，我们比较了两种不同的方法耗散，即Floquet-Born-Markov和Lindblad形式主义。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of the photon-blockade breakdown phase transition
在阻尼驱动的开放量子系统中，当外部参数的连续调节导致两个鲁棒定态之间的转变时，存在非平衡相变。在二阶转变中，这种变化在临界点处是突然的，而在一阶转变中，两相可以共存于临界滞后域中。本文报道了在一个驱动电路量子电动力学（QED）系统中观察到的一阶耗散量子相变。当驱动功率增加，被驱动腔-原子系统的光子阻塞被打破时，就会发生这种现象。所观察到的实验签名是具有由驱动强度控制的不同权重的双峰相空间分布。我们的测量表明，当量子系统的大小从一个增加到三个人工原子时，经典吸引子的稳定性提高到毫秒范围。这种稳定的指针态的形成可以用于新的量子测量方案或研究多光子量子多体相位。
2016-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Exchange and the Coulomb blockade: Peak height statistics in quantum dots
研究了交换作用对混沌量子点中库仑阻塞峰高统计的影响。由于交换作用降低了多体谱中的能级排斥，它强烈地影响了有限温度下峰值电导的涨落。我们发现，包括交换大大提高了实验数据的描述。此外，它提供了在这样的系统中存在高自旋态（S>1）的进一步证据。
2003-03-31 cond-mat.mes-hall
Eigenstate control of plasmon wavepackets with electron-channel blockade
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), National Metrology Institute of Japan (NMIJ)（国家先进工业科学技术研究所（AIST），日本国家计量院（NMIJ））；University of Osaka（大阪大学）；Institute for Open and Transdisciplinary Research Initiatives, University of Osaka（大阪大学开放与跨学科研究倡议研究所）；Center for Quantum Information and Quantum Biology (QIQB), University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心（QIQB））；James Watt School of Engineering, Electronics and Nanoscale Engineering, University of Glasgow（格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院电子与纳米工程方向）；Department of Applied Physics, University of Tokyo（东京大学应用物理系）；Center for Emergent Matter Science, RIKEN（理化学研究所物质结构科学中心）
通过电子通道阻塞效应，利用腔体实现对等离子体波包本征态的精确控制，提升量子电路的稳定性和可控性。
2025-11-22 cond-mat.mes-hall
Interplay of Pauli blockade with electron-photon coupling in quantum dots
本研究推导理论框架，探究泡利阻塞整流电流的双量子点与微波谐振器的相互作用，通过谐振器输出场推断漏电流、分析硅量子点谷简并限制并量化光子反作用，助力自旋量子比特表征。
2024-11-27 cond-mat.mes-hall
Screening-induced negative differential conductance in the Franck-Condon blockade regime
具有强电子-声子耦合的纳米结中的屏蔽效应开辟了新的物理场景。我们提出了一个精确的多体方法来处理同时发生的Franck-Condon封锁和屏蔽诱导的极化子迁移率的增强。我们推导出一个透明的解析表达式的电流：瞬态和稳态功能直接解释和解释。此外，声子和电子激发之间的相互作用产生了一种新的机制的负微分电导。讨论了观察这种现象的实验装置。
2013-07-29 cond-mat.mes-hall
Electron Pair Resonance in the Coulomb Blockade
我们研究了在大偏压$V$下通过能量为$ε_d$的局域态对共隧穿电流的多体修正。我们表明，{ \em电子对}的转移，使库仑排斥在本地化水平，结果在三阶导数的电流相对于$V$，集中在$eV=\pm 2ε_d/3$的电离共振峰。我们的研究结果预测存在以前未注意到的结构内库仑阻塞钻石。
2007-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Coupling a quantum dot, fermionic leads and a microwave cavity on-chip
我们展示了一个混合架构，由一个量子点电路耦合到一个单一的模式的电磁场。我们使用单壁碳纳米管为基础的电路插入超导微波腔。通过探测的纳米管点使用色散读出的库仑阻塞和近藤制度，我们确定的电子-光子耦合强度，使电路QED实验与更复杂的量子点电路。
2011-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Polariton boxes in a tunable fiber cavity
半导体光子结构中的腔极化激元已经成为探索集成固态器件中量子流体非平衡动力学的实验平台。最近的几个实验表明，这些系统的潜力，揭示量子多体物理驱动耗散系统。到目前为止，所有的实验都依赖于完全集成的设备，几乎没有修改设备属性的灵活性。在这里，我们提出了一种新的方法，用于实现限制腔极化激元，使在原位调谐的腔长，从而极化激元的能量和寿命。我们的设置是基于一个多功能的半集成低温光纤腔平台，这使我们能够证明形成有限的极化激元（或极化激元盒）与前所未有的品质因数。在高泵浦功率下，我们观察到清晰的极化激元激光信号。在强约束条件下，光纤-腔系统可以观察到极化激元阻断效应。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
