Strongly coupled single quantum dot-cavity system integrated on a CMOS-processed silicon photonic chip
量子光子集成电路（QPIC）是构建量子技术应用集成器件的一种很有前途的工具。在光学领域，由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术授权的硅光子学提供了用于实现大规模QPIC的光学组件。QPIC需要单光子水平的光学非线性来促进光子-光子相互作用。然而，迄今为止，具有确定性（即，尽管基于硅光子学的QPIC的功能性增强，但是通过使用基于硅的组件来实现单光子非线性（非概率性）是具有挑战性的。在本研究中，我们首次在CMOS制程的硅光子晶片上实现了强耦合的InAs/GaAs量子点-腔量子电动力学系统。采用转移印刷法在硅片上实现了GaAs腔体的异质集成。本文实现的CMOS光子芯片上的腔QED系统是一种很有前途的片上单光子非线性元件的候选者，它构成了基于QPIC的未来应用的基础组件，如通过腔对量子比特态的相干操纵和无损测量，以及高效的单光子滤波器和路由器。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics with a Single Quantum Dot Coupled to a Photonic Molecule
研究了由一对耦合的光子晶体腔组成的量子点与光子分子耦合的腔量子电动力学效应。我们发现量子点和光子分子的两个超模之间存在反交叉，这表明实现了强耦合机制。从反交叉的数据，我们估计的贡献模式耦合和本征失谐的总失谐之间的超级模式。最后，我们还展示了光子分子中非共振腔-腔相互作用的特征。
2012-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with three-dimensional photonic bandgap crystals
本文综述了具有“完全和完整”三维光子带隙的三维光子晶体的最新研究进展。我们审查五个主要方面：1）自发发射抑制，2）光在微小的纳米级体积（也称为“光的纳米盒”）内的空间定位，3）导致无阈值激光器的增益介质的引入，4）在频域和时域中破坏腔QED的弱耦合近似，5）退相干，特别是通过3D光子带隙屏蔽真空波动。此外，我们列出和评估所有已知的光子晶体结构与演示的三维带隙。
2015-04-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controlled coupling of photonic crystal cavities using photochromic tuning
提出了一种利用局域可逆光致变色调谐技术控制耦合腔光子晶体分子中共振耦合相互作用的方法。我们展示了通过选择性地调谐单个腔的共振条件来调谐两腔和三腔光子晶体分子的能力。利用这种技术，我们可以定量地确定耦合腔系统的重要参数，如光子隧穿率。该方法可以推广到具有更多腔数的光子晶体分子，为研究耦合谐振腔阵列中的强相互作用提供了一种通用的方法。
2013-02-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A photonic transistor device based on photons and phonons in a cavity electromechanical system
提出了一种基于腔机电系统中光子和声子的光子晶体管方案，该系统由超导微波腔和纳米机械谐振器耦合组成。光子传播的控制是通过微波场（光子）和纳米机械振动（声子）的相互作用来实现的。通过计算的信号场的透射谱，我们表明，信号场可以有效地衰减或放大，这取决于第二个“门控”（泵）字段的功率。这种方案可能是单光子晶体管的一个有前途的候选者，并为电信和量子信息技术中的许多应用铺平了道路。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quasiresonant Excitation of InP/InGaP Quantum Dots Using Second Harmonic Generated in a Photonic Crystal Cavity
不可分辨的单光子是量子信息处理应用所必需的。单量子点的共振或准共振激发比非相干泵浦提供更大的单光子不可逆性，但在实验上也更具挑战性。在这里，我们展示了高信噪比准共振激发的InP/InGaP量子点。激发是通过从与光子晶体腔的基模谐振的电信波长激光器产生的二次谐波提供的，所述光子晶体腔在两倍于量子点跃迁波长处制造。使用InGaP材料基质的χ（2）非线性产生二次谐波。
2012-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient out-coupling of high-purity single photons from a coherent quantum dot in a photonic-crystal cavity
我们证明了在光子晶体腔的低Q模式下，$(44.3\pm2.1)\%$从量子点的单光子收集效率，记录的单光子纯度为$g^{(2)}(0)=(4\pm5)\%$高于饱和功率。通过在耦合到腔模的另一个量子点上的单光子探测器上每秒探测高达$962\pm46$千计数，直接证实了高效率。高收集效率被发现是宽带的，详细的数值模拟解释。腔增强的有效激发的量子点是通过声子介导的激发，并在这些条件下，单光子不可逆性测量显示长的相干时间达到$0.77\pm0.19$ ns在弱激发制度。我们的工作表明，光子晶体提供了一个非常有前途的平台，高度集成的相干单光子的产生，包括有效的光子从光子芯片的耦合。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multiplexed color centers in a silicon photonic cavity array
研究开发了一种由总线耦合腔阵列组成的硅光子平台，实现了对腔增强T中心阵列的频率多复用操作，为高效片上和长距离纠缠分发提供了可扩展方案。
2025-01-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity QED on a nanofiber using a composite photonic crystal cavity
我们证明了腔QED条件在Purcell制度的单量子发射器的表面上的光学晶体。该腔通过组合光学光栅和纳米制造光栅以创建复合光子晶体腔而形成。使用这种技术，观察到单量子点的自发发射率显著增强到的双导模。我们的研究结果为增强光纤上的光-物质界面铺平了道路，并明确应用于量子网络。
2014-09-11 physics.optics quant-ph
A cavity-enhanced broadband photonic Rabi oscillation
由非线性光学相互作用提供的不同能量光子之间的相干耦合被认为是拉比振荡的光子版本。非线性的腔增强显著降低了能量需求，并推动了基于光子拉比振荡的频率编码光子电路的可扩展性。然而，光子在腔中的限制严重限制了可相互作用的频率模式的数量。在这里，我们展示了一种宽带宽且高效的光子拉比振荡，基于单片集成的腔增强非线性光学相互作用实现全周期振荡。我们还展示了它的多功能操纵超出频率自由度，如一个全光控制偏振光子与几何相位。我们的研究结果将为宽频率模式下的合成维光子系统以及大规模光子量子信息处理提供全面的控制。
2020-08-04 physics.optics quant-ph
Hybrid photonic crystal cavity and waveguide for coupling to diamond NV-centers
提出了一种超高Q值光子晶体纳米腔的设计，该腔可与单晶金刚石样品表面附近的氮空位（NV）中心相互作用。该结构基于纳米线光子晶体几何形状，并且由图案化的高折射率膜（诸如由金刚石衬底支撑的磷化镓（GaP））组成。该纳米腔支持品质因数Q > 150万且模体积V < 0.52（λ/n_ \text{GaP}）^[3]的模，并有望使珀塞尔增强对位于金刚石表面以下50 nm以上的NV的自发发射的收集。纳米线光子晶体波导可用于有效地将光耦合进腔和耦合出腔，或者作为NV声子边带发射的有效宽带收集器。所提出的结构可以使用现有的材料和加工技术制造。
2009-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic crystals to enhance light extraction from 2D materials
提出了一种基于缺陷棒型光子晶体晶格的二维材料与工程腔耦合方案。我们从建议的腔设计的数值模拟的结果，并建议使用的高度分布的2D材料转移到顶部的腔激子复合和腔模式之间的耦合最大化。光子结构通过改善发射光的方向性以更好地将其耦合到外部光学系统中，在提高发射效率方面起着关键作用。当使用光子结构时，我们测量到提取率增加了3.4倍。我们研究了当棒的半径被修改时，以及当2D材料在腔内下垂到不同高度范围时，通量谱的变化。我们发现，当棒的半径等于晶格常数的0.165倍时，增强效果最佳，这种增强效果随着半径的减小或增大而减小。最后，我们讨论了可能使用的固体浸没透镜，结合我们的光子结构，以进一步提高发射效率，并提高垂直限制的腔模式。
2016-07-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dinosaur Photonic Crystal Cavity Interfaces for Color Center Coupling to Triangular Nanostructures
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik（费迪南德·布劳恩研究所，莱布尼茨高频技术研究所）
本研究提出波纹状三角形Dinosaur光子晶体腔作为孔洞型光子晶体腔的替代方案，开发准无损耗锥形腔-波导界面实现Bloch模与波导模绝热转换，优化后可降低损耗并精确调控光与物质相互作用，适用于量子信息中色心与飞行光子量子比特耦合。
2025-10-30 physics.optics quant-ph
Quantum photonics in triangular-cross-section nanodevices in silicon carbide
碳化硅正在发展成为实现量子信息处理硬件的重要固态平台。角蚀刻纳米器件正在成为一种解决方案，光子集成在大块基板的颜色中心是最好的定义。我们利用时域差分法和时域差分本征解方法模拟了三角形截面波导和光子晶体腔。我们分析了这些器件的模式内的最佳色心定位，并提供了在量子通信中应用的纳米腔中可实现的Purcell增强的估计。利用开放量子系统模型，研究了SiC中多个色心耦合到单个腔和光子晶体分子的发射极-腔相互作用.我们观察到极化激元和亚辐射态形成的腔量子电动力学适用于量子模拟的腔保护制度。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Heralded Preparation and Readout of Entangled Phonons in a Photonic Crystal Cavity
我们提出了一个现实的协议的准备和读出的机械贝尔态的光机系统。该建议依赖于表征光子晶体腔模式的参数，耦合到结构的两个局部弯曲模式，但同样适用于相同参数范围内的其他光学机械系统。非经典状态预示着通过光学后选择，并揭示在特定的干涉图案特征的腔频率的发射。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong coupling between quantum dot exciton spin states and a photonic crystal cavity
我们将高达7 T的磁场施加到强耦合到光子晶体腔的砷化铟量子点上。场提升了QD激子自旋态的简并度，并通过抗磁性和塞曼能量位移的组合来调谐它们的发射能量。我们使用磁场调谐来移动两个自旋态的能量，以选择性地与腔共振。观察到腔和两个自旋态之间的强耦合。磁场调谐使得能量偏移大至0.83 meV，而不会显著降低量子点-腔耦合强度。
2011-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single Photon Generation in a Cavity Optomechanical System induced by a Nonlinear Photonic Crystal
提出了一种在弱驱动非线性光子晶体混合腔光机系统中实现单光子封锁的新方案。即使当单光子光机械耦合强度小于光模衰减率时，也能实现亚泊松统计。该方案放宽了光机系统中光子封锁对强耦合的要求。结果表明，在通信波长处可以产生光子阻塞。
2017-06-08 physics.optics quant-ph
Cavity-Quantum Electrodynamics with Moiré Flatband Photonic Crystals
本文提出利用具有孤立平带色散的多层莫尔光子晶体腔来大幅调控量子发射器自发辐射速率，实验证明其与量子点耦合后辐射寿命可在42 ps至1692 ps间调节40倍，为莫尔平带腔增强量子光源和量子节点奠定基础。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic Crystal Nanobeam Cavity Strongly Coupled to the Feeding Waveguide
提出并实验验证了一种确定性设计的波长尺度模体积光子晶体纳米梁腔。利用这种方法，设计了Q>10^6和谐振透射率T>90%的腔。在Si中制造并用低折射率聚合物覆盖的器件具有Q= 80，000和T= 73%。据我们所知，这是在确定性设计的波长尺度高Q腔中测得的最高透射率。
2010-02-07 physics.optics quant-ph
Time-correlated Photons from a In$_{0.5}$Ga$_{0.5}$P Photonic Crystal Cavity on a Silicon Chip
在In $_{0.5}$ Ga $_{0.5}$ P光子晶体腔中通过三倍频共振四波混频产生时间相关光子对。通过主动补偿腔模式的残余光谱失准来达到最大效率。产生速率达到5 MHz的腔与Q-因子$\approx 4\times 10^4$，超过一个数量级大于使用相同芯片上制造的类似Q因子的环形谐振器测量。光子晶体源集成在Si光子电路上，这是量子技术应用的重要资产。
2022-02-19 physics.optics quant-ph
Enhancement of the Zero Phonon Line emission from a Single NV-Center in a Nanodiamond via Coupling to a Photonic Crystal Cavity
使用纳米操纵技术，将具有单个氮空位中心的纳米金刚石直接放置在磷化镓光子晶体腔的表面上。观察到在零声子线（ZPL）处的荧光发射的Purcell增强因子为12.1。ZPL耦合是未来基于金刚石的集成量子光学器件的关键一步。
2010-08-20 physics.optics quant-ph
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Continuous two-photon source using a single quantum dot in a photonic crystal cavity
提出了利用相干泵浦的量子点嵌入光子晶体腔内实现连续双光子源的方法。我们分析了量子点能级和腔模内场的稳态布居。找到了相干泵浦和非相干泵浦量子点中粒子数反转的条件。我们证明了在相干泵浦和非相干泵浦下，两个双光子激光器输出的压缩是不可见的。利用最近发展的极化子变换主方程讨论了低温下声子耦合的影响。我们还提出了利用四波混频产生光场压缩态的方案。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interaction between two modes of field mediated by two quantum dots in a photonic crystal cavity
我们在光子晶体腔中发现了双模场之间不寻常的合作双光子共振现象。当两个非共振量子点在每个腔模中发射一个光子并同时去激发时，就会发生双光子共振。在声子耦合的存在下，双光子共振的条件发生了显著的变化。利用这种双光子双模相互作用，我们提出了两个量子态的纠缠态。四元组的基由包含$0$、$1$和$2$光子的腔模的状态形成。我们还讨论了声子耦合对纠缠态负性的影响。
2020-08-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Tunable Waveguide-Coupled Cavity Design for Efficient Spin-Photon Interfaces in Photonic Integrated Circuits
耦合到光子晶体腔的固态发射器表现出增加的进入单频模式的光子发射。然而，耦合到量子发射器的光子晶体腔的当前设计具有三个主要问题：发射器被放置在表面附近，这会降低它们的光学性质，腔荧光不能被收集到单个有用模式中以用于进一步路由，以及制造后调谐当前不可能以稳定和可逆的方式单独用于每个节点。在本文中，我们介绍了一种混合腔的设计与最小的主机材料，保持发射器$\geq100\,$ nm的所有表面制造。该腔具有大于$1\times10^6$的无载品质因数（$Q$）和$5.5\times10^4$的有载$Q$，其中超过75%的发射直接耦合到由提供低损耗波导的方便材料构建的下层光子集成电路中。最后，这种设计可以被主动地和可逆地调谐到与发射器谐振，允许在腔线宽的10倍以上调谐，同时保持$Q$因子的$\geq50$ %，而对同一芯片上的其他腔没有影响。
2016-10-27 physics.optics quant-ph
Deformable two-dimensional photonic crystal slab for cavity optomechanics
我们设计了具有最佳光学和机械性能的光子晶体悬浮膜用于腔光学力学。这样的谐振器以几千的品质因数维持兆赫范围内的振动模式。由于孔的二维正方形晶格，它们在1064 nm处垂直入射时的反射率高达95%。这两个特点，加上薄膜的质量很小，为在法布里-珀罗腔中使用诸如可变形端面镜的周期性结构来研究腔的光机效应开辟了道路
2011-07-01 physics.optics quant-ph
A hybrid single quantum dot coupled cavity on a CMOS-compatible SiC photonic chip for Purcell-enhanced deterministic single-photon emission
本研究在CMOS兼容SiC光子芯片上实现混合微环谐振器与量子点耦合，通过微加热器调谐实现Purcell增强的确定性单光子发射，品质因数达7800，Purcell因子约4.9，为可扩展光子量子应用提供新途径。
2024-11-11 physics.optics quant-ph
Deterministic coupling of a single nitrogen vacancy center to a photonic crystal cavity
我们描述和实验证明了一种技术之间的光子晶体（PC）纳米腔和单发射器的确定性耦合。该技术是基于在原位扫描的PC腔的样品，并允许定位的腔在所需的发射器与纳米级分辨率。该技术的力量，我们称之为扫描腔显微镜（SCM），通过将PC纳米腔耦合到金刚石中的单个氮空位（NV）中心来证明，金刚石是一种发射器系统，可提供光学可访问的电子和核自旋量子位。
2010-05-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
The effect of photo-generated carriers on the spectral diffusion of a quantum dot coupled to a photonic crystal cavity
实验观察了光生载流子对耦合到光子晶体（PC）腔中的量子点（QD）光谱扩散的影响。在该系统中，光谱扩散部分地由PC的蚀刻表面上的电荷波动引起。我们发现，这些波动可能会被抑制的光生载流子，导致测量的量子点线宽减少了约2倍的光生载流子不存在的情况下相比。这一结果证明了一种可能的手段，在QD-PC腔系统中的光谱扩散的影响，因此可能是有用的量子信息应用中，窄QD线宽的期望。
2011-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
A photonic interface of chiral cavity quantum electrodynamics
腔量子电动力学在单量子水平上研究光与物质的相互作用。光子结构中手征光子-发射极耦合的特点是光的局部偏振锁定单向传播。然而，实现光子-发射极之间的强相互作用并实现方向锁定传输，这将在非互易量子器件中带来新的应用，目前还未见报道。本文提出了一种光子晶体与金属纳米颗粒耦合结构，通过高螺旋度的强局域场，在$\sim$ 95 $\%$光子单向传输的情况下，圆偏振光射入光子晶体波导的速率比没有纳米颗粒的情况大一个数量级，Rabi分裂谱的线宽约为只有纳米颗粒的十分之一，其可用于定向量子光源。
2018-09-04 physics.optics quant-ph
Quantum control of a spin qubit coupled to a photonic crystal cavity
量子网络的一个关键组成部分是静止量子比特和光子之间的接口，光子充当相互作用和通信的飞行量子比特。光子晶体架构是增强光与固态量子位耦合的有前途的平台。量子点可以集成到光子晶体中，光学跃迁耦合到光子和自旋态，形成长寿命的量子存储器。许多研究人员现在已经成功地将这些发射器耦合到光子晶体腔中，但是还没有在这种环境中演示功能性自旋量子比特和量子门。我们发展了一个耦合腔-量子点系统，在该系统中，量子点被可控地加载了一个单电子，利用激光脉冲实现了单电子自旋量子比特的初始化、旋转和测量，发现腔可以显著地改善这些过程。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical fiber coupling to planar photonic crystal microcavities
提出了一种在锥形标准单模光纤和高Q值光子晶体谐振腔的谐振模之间有效传输光的技术，该谐振腔的模体积小于立方波长。腔模品质因数为4.7 × 10^4，总的光纤到腔的耦合效率为44%。
2004-05-13 physics.optics quant-ph
Non-destructive photon detection using a single rare earth ion coupled to a photonic cavity
我们研究了将单个稀土离子耦合到具有高协同性的光子腔中对光子进行无损测量的可能性，这对于全局量子网络和光子量子计算将是有用的。我们计算了可实现的保真度作为稀土离子和光子腔的参数的函数，其中包括离子的光学和自旋退相速率，腔线宽，单光子耦合到腔，和检测效率。我们提出了一个有前途的实验实现使用当前状态的最先进的技术在Nd：YVO $_4$。
2016-08-24 quant-ph
Scalable photonic quantum computation through cavity-assisted interaction
提出了一种基于腔辅助单光子相互作用的可扩展光子量子计算方案。单光子脉冲之间的原型量子控制相位翻转门是通过将它们从具有单囚禁原子的光学腔中连续反射来实现的。我们提出的协议被证明是强大的实际鼻子和实验缺陷，在目前的腔QED设置。
2003-09-25 quant-ph
Cavity quantum electrodynamics on a nanocapillay fiber using a composite photonic crystal symmetric cavity
本研究报道了纳米毛细管光纤上复合光子晶体对称腔的腔量子电动力学条件，通过将单量子发射器置于波腹位置实现87%的最大通道效率，为量子技术中单光子操控应用提供了平台。
2025-07-08 quant-ph
Photonic analogue of Josephson effect in a dual-species optical-lattice cavity
本文利用自洽平均场论，将具有相互作用的光子玻色-哈伯德模型中光的量子相变的概念推广到两个原子。研究了二能级原子与相干光场相互作用系统中原子的激发态，讨论了原子的序参量与温度的关系。四个基态的系统被发现，包括一个孤立的莫特绝缘体相和三个不同的超流相。像两个弱耦合超导体，我们提出的双物种晶格系统显示出约瑟夫森效应的光子模拟。所提出的两物种模型的动力学为可能的量子信息过程提供了一个有前途的量子模拟器。
2010-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-photon generation at room temperature using molecular optomechanics in a hybrid photonic-plasmonic cavity
提出混合光子-等离子体腔中的单分子光力学结构，通过 g^2(0) 计算和量子路径干涉分析，证明弱耦合下可实现室温单光子发射。
2023-12-18 physics.optics quant-ph
Photonic topological insulators induced by non-Hermitian disorders in a coupled-cavity array
最近的研究无序或非厄米诱导拓扑绝缘体注入工程拓扑物质的新成分。在这里，我们认为纯粹的非厄米紊乱，这两个成分的组合，在一个一维耦合腔阵列无序的增益和损失的影响。在复杂的体光谱中，局域态携带拓扑不变量，增加增益-损耗无序强度可以诱导出拓扑光子态。该系统展示了丰富的相图和独特的拓扑状态从厄米特无序。非厄米临界行为的特征在于双正交的本地化长度的零能量的边缘模式，它发散的临界转变点，并建立体边缘对应。此外，我们表明，散装拓扑结构可以通过测量双正交手征位移，这可以从一个适当的拉姆齐干涉仪，在清洁和无序区域的工作中提取实验访问。所提出的耦合腔光子设置依赖于已被实验证明的技术，从而提供了一个可行的路线，探索这种非厄米无序驱动的拓扑绝缘体。
2022-12-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Deterministic coupling of delta-doped NV centers to a nanobeam photonic crystal cavity
金刚石中带负电荷的氮空位中心（NV）作为固态量子信息处理和传感的平台引起了人们极大的兴趣。对于大多数应用，需要高质量的光学腔来增强NV零声子线（ZPL）发射。最大化NV-腔耦合程度的一个突出挑战是在腔内确定性地放置NV。在这里，我们报告的光子晶体纳米梁腔耦合到通过三角掺杂技术，允许纳米级的垂直定位的发射器的NV纳入。我们证明了腔Q高达~24,000和模式体积V ~ $0.47(λ/n)^{3}$以及共振增强的零PL的NV合奏与珀塞尔因子为~20。我们的制造技术提供了第一步确定性NV腔耦合使用空间控制的发射器。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-photon blockade in optomechanical photonic crystal cavity with third-order nonlinearity
对弱驱动下具有克尔型非线性的光机械光子晶体腔中的光子统计特性进行了解析和数值分析。通过计算零时延二阶关联函数$g^{(2)}(0)$，证明了单光子阻塞效应。通过求解薛定谔方程得到的解析结果与通过数值求解量子主方程得到的结果完全一致。最先进的设备参数的实验可行性进行了讨论。结果表明，即使在较低的非线性极化率参数和较弱的单光子光机械耦合条件下，系统也能在通信波长处产生光子阻塞，并且对纯退相引起的退相干具有很强的鲁棒性。
2016-12-22 physics.optics quant-ph
Position-squared coupling in a tunable photonic crystal optomechanical cavity
我们提出了一个平面硅光子晶体腔的设计，制造和表征，在其中实现了大的位置平方光机械耦合。该器件由双缝光子晶体结构组成，其中中心光束模式的运动耦合到两个高Q光学模式，这些模式位于每个缝周围。该结构的静电调谐用于可控地将光学模式杂交成以二次方式耦合到光束运动的超模。从光学模式的抗交叉和光学弹簧效应的独立测量，位置平方真空耦合率被测量为高达245 Hz的基本面内机械共振的结构在8.7 MHz，这在位移单位对应于1太赫兹/nm的耦合系数$^2$。这种水平的位置平方耦合比传统的法布里-珀罗腔系统大约大五个数量级。
2015-05-27 physics.optics quant-ph
Near-field coupling of a levitated nanoparticle to a photonic crystal cavity
悬浮介质粒子的量子控制是量子光力学中的一个新兴课题。一个主要的挑战是有效地测量和操纵粒子的运动在海森堡不确定性极限。在这里，我们提出了一个纳米光子接口适合解决这个问题。通过光学捕获一个150 nm的二氧化硅颗粒，并将其放置在近场的光子晶体腔，我们实现了可调谐的单光子光学机械耦合高达$g_0/2π=9$ kHz，三个数量级大于先前报道的悬浮腔光学机械系统。通过纳米光子结构的光的有效收集和引导导致与常规远场检测相比增加两个数量级的每光子位移灵敏度。所展示的性能为室温量子光学力学提供了一条有前途的途径。
2019-01-13 physics.optics quant-ph
Correlated emission lasing in a single quantum dot embedded inside a bimodal photonic crystal cavity
本文利用极化子变换主方程研究了双模光子晶体腔中单量子点的关联发射激射，发现低温下关联发射可抑制量子噪声，并探讨了腔模式间的连续变量纠缠产生。
2024-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Design of photonic crystal microcavities for cavity QED
讨论了基于二维光子晶体的光学微腔的优化设计，以实现腔场与单个中性原子的强耦合。我们提出了数值预测的品质因数和模式体积的局部缺陷模式的几何参数的函数，并讨论了一些实验的挑战与气相原子的缺陷腔的耦合。
2002-08-15 quant-ph
A photonic which-path entangler based on longitudinal cavity-qubit coupling
该研究提出利用调制纵向腔-量子比特耦合控制多光子相干态波包路径，生成QWP纠缠态，从而在无需单光子源或探测器的情况下实现量子网络中的长程多体纠缠分发。
2024-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
An Inverse-Problem Approach to Designing Photonic Crystals for Cavity QED Experiments
光子带隙（PBG）材料是腔QED实验的吸引力，因为它们提供了非常小的模式体积和单片，可集成的结构。因此，PBG腔是法布里-珀罗谐振器的一种有前途的替代方案。然而，QED实验对腔体的要求，如需要高Q值（低腔体阻尼）和小模体积，对光子带隙材料提出了重大的设计挑战。在这里，我们提出的PBG设计问题作为一个数学反演，并提供了一个二维晶体的解析解。然后，我们解决了一个平面（2D晶体有限厚度）的结构，使用数值技术。
2002-06-14 quant-ph
Cavity QED Based on Thermal Atoms Interacting with a Photonic Crystal Cavity: A Feasibility Study
腔QED的范例是一个二能级辐射源与一个高品质因数单模光学谐振腔相互作用。发射体和光子波函数的混合要求大的真空拉比频率和长的相干时间;迄今为止已经成功地实现了被捕获的冷原子和离子以及局域化的固态量子发射体（如超导电路、量子点和色心）的特征。另一方面，热原子为我们提供了一个密集的发射体系综，与冷系统相比，它更适合集成，因此能够实现大规模量子系统。然而，它们的热运动和大的渡越时间加宽是必须规避的主要挑战。一个有前途的补救措施可以受益于高度可控和可调的电磁场的纳米光子腔与强大的局部电场增强。利用这一特性，我们计算了快速运动的热原子与具有大品质因数和小模体积的纳米束光子晶体腔（PCC）之间的相互作用。通过完全量子力学计算，包括Casimir-Polder势（即表面对原子辐射性质的影响），我们表明，当设计适当时，飞行原子和腔光子之间的可实现耦合将足够强，尽管相互作用时间很短，但仍会导致Rabi flopping。此外，不同轨迹的时间分辨检测可用于识别单个和多个原子计数。这种概率方法将在稠密原子介质中的腔QED研究中找到应用，并为在大规模宏观系统中实现相干量子控制方案铺平了道路。
2019-07-10 physics.optics quant-ph
Cavity QED with molecular defects coupled to a photonic crystal cavity
本文提出一种混合方法，通过永久光谱调谐将多个相干分子发射体耦合到光子晶体腔中，实现集体量子态的受控形成，为可扩展的多体腔量子电动力学和化学设计的量子系统奠定基础。
2025-06-02 quant-ph
Triangular nanobeam photonic cavities in single crystal diamond
钻石光子学为探索室温腔量子电动力学和实现可扩展的多量子位计算提供了一种有吸引力的体系结构。本文综述了金刚石光子技术的研究现状。设计、制造和表征了一种在单晶金刚石中产生的新型三角形截面纳米梁腔。基于三角形截面的本发明的腔设计允许垂直限制和比基于板的纳米腔更好的信号收集效率，并且消除了对预先存在的膜的需要。纳米梁是由聚焦离子束（FIB）图案化。该腔的特征是共焦光致发光。这些模式的品质因数为Q ~220，并且在波长上偏离NV色心零声子线（ZPL）仅~1.7nm。测量结果与三维时域有限差分法（FDTD）计算结果吻合较好。一个更先进的腔设计与Q= 22，000的建模，显示了高Q值的实现使用三角形腔设计的潜力。讨论了这一概念及其在自旋非破坏测量和量子计算中的应用前景。
2011-01-07 physics.optics quant-ph
Optomechanical photon shuttling between photonic cavities
光力驱动的光子器件的机械运动提供了光场之间耦合的深刻手段。这些光学机械效应的当前焦点一直是腔光学机械系统，其中共定位的光学和机械模式强烈地相互作用，以使光子和声子之间的波混合和机械模式的反作用冷却。或者，扩展的机械模式也可以在传播的光场或多个本地化的光学模式的距离诱导强烈的非局部效应。在这里，我们展示了一种新型的多腔光机械器件：“光子跷跷板”，其中扭转光机械运动可以在两个光子晶体纳米腔之间穿梭光子。跷跷板两侧各有一个谐振腔，其谐振频率通过设备的旋转进行反对称调制。将光子泵浦到一个腔中激发光机械自振荡，其强烈地调制腔间耦合并且在每个振荡周期期间以良好调节的方式将光子穿梭到另一个空腔。
2014-09-03 physics.optics quant-ph
Quantum Fourier transform on photonic qubits using cavity QED
本文提出了一种光子的量子傅里叶变换，其中单原子耦合腔系统介导了光子-光子相互作用。我们的协议利用时间延迟反馈的光子，不需要主动前馈控制。时间延迟反馈使单原子腔系统能够在任意数量的光子量子比特上实时实现量子傅里叶变换，而原子跃迁的快速调谐实现任意的受控相位门。我们分析了该协议的性能数值，并表明它可以实现量子傅里叶变换与几十个光子使用国家的最先进的腔量子电动力学。
2022-07-14 quant-ph
Superconducting cavity electro-optics: a platform for coherent photon conversion between superconducting and photonic circuits
利用超导电路的量子信息处理能力和光量子的远距离分布能力，有望实现复杂的大规模量子网络。在这样的方案中，超导和光子电路之间的相干和有效的量子换能器是至关重要的。然而，这样的量子换能器仍然是具有挑战性的，因为在当前方案中使用中间激发引入了额外的噪声并限制了带宽。在这里，我们实现了直接和相干之间的转换超导和光子电路的基础上的三重共振电光原理，与集成器件将超导和光学腔在同一芯片上。观察到电磁感应透明，表明微波和可见光之间的相干相互作用。内转换效率为25.9 \pm 0.3%，总转换效率为2.05 \pm 0.04%.超导腔电光具有宽的转换带宽和高的可扩展性，是实现集成混合量子线路和分布式量子计算的重要一步。
2018-05-14 physics.optics quant-ph
Design of microcavities in diamond-based photonic crystals by Fourier- and real-space analysis of cavity fields
我们提出了一种适合于金刚石色心耦合的二维光子晶体微腔的设计方法。通过比较傅立叶空间和真实空间中的模拟场分布和理想场分布，并相应地修改空气孔的位置和尺寸，我们优化了腔结构，获得了高达Q = 320000的高品质因数，模态体积为V = 0.35（λ/n）^[3]。使用非常相同的方法，我们还改进了以前的设计的一个小的模式体积的硅微腔，获得一个因子3的腔Q。为了在人造金刚石薄膜中实现光子晶体，有必要研究材料吸收对品质因数的影响。我们表明，这种影响可以预测一个简单的模型，取代耗时的模拟。
2010-01-04 physics.gen-ph physics.optics quant-ph
Atomic Quantum Memory for Photonic Qubits via Scattering in Cavity QED
研究了一种在腔QED中存储光子量子比特的原子量子存储方案。这是基于最近的观察，即在强耦合腔机制中，单光子脉冲与腔中的λ型原子之间的量子态交换在某些特定情况下是通过散射理想地实现的[T. W. Chen C.，马缨丹属K.法律，和PT。Leung，Phys.Rev.A69，063810（2004）]。我们推导出一个简单的公式来计算这种原子-光子交换对量子存储器的保真度。我们进一步提出了一种可行的方法，即使在原子-光子耦合不太强的情况下，也可以有条件地实现保真度几乎为1的量子存储操作。这种方法也可以应用于在空间分离的原子量子存储器中存储光子纠缠。
2005-06-26 quant-ph
