Single-photon induced instabilities in a cavity electromechanical device
本文利用强耦合transmon与微波腔构成的极化激元模式，将单光子耦合速率提升至机械频率的4%，在亚单光子极限下观测到微波频率梳，并系统研究了不稳定响应边界及其应用前景。
2024-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong tunable spin-spin interaction in a weakly coupled nitrogen vacancy spin-cavity electromechanical system
金刚石中单个氮空位（NV）中心自旋的长相干时间是实现量子信息处理的关键优势。然而，实现单NV自旋之间的强耦合是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种方法，大大提高了两个单一的NV自旋之间的相互作用，只有弱耦合到机电腔金刚石。由于线性化机电子系统的临界点的存在，单个NV自旋和高频极化激元（由机械和腔模形成）之间的耦合可以完全解耦，但是单个NV自旋和低频极化激元之间的耦合却大大增强。因此，可以测量单个NV自旋的AC斯塔克位移。以低频极化激元作为量子总线，可以实现两个单NV中心之间的强耦合。这种有效的强耦合可以保证弱耦合自旋腔机电系统中两个自旋量子比特之间的相干量子信息交换。
2021-05-12 quant-ph
Kinetic Inductive Electromechanical Transduction for Nanoscale Force Sensing
本文提出一种基于超导纳米线动感电感的共面谐振机械力传感器，利用悬臂运动诱导表面应变改变动感电感，通过多频泵浦实现相位敏感检测，为原子力显微镜提供纳米尺度力传感新方案。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Revealing hidden quantum correlations in an electromechanical measurement
根据海森堡不确定原理的要求，在强量子测量下，振子的运动受到测量反作用的干扰。当通过电磁腔连续监测机械振荡器时，如在腔光学机械测量中那样，反向作用通过入射光子的散粒噪声表现出来，该散粒噪声被印在振荡器的运动上。随着光子离开腔，关联在发射场中表现为量子噪声的压缩。在这里，我们观察到这样的“有质动力”压缩在微波域使用的机电设备制成的超导谐振器和鼓膜机械振荡器。在强测量下，发射场产生复值量子相关，这通常不能通过标准零差测量完全获得。我们恢复这些隐藏的相关性，使用相位敏感的测量方案，采用两个本地振荡器。利用隐藏的相关性在弱力的检测方面向前迈进了一步，因为它允许在强力敏感性的条件下充分利用量子降噪。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electromechanically induced absorption in a circuit nano-electromechanical system
详细分析了由超导微波谐振器耦合到纳米机械梁组成的电路纳米机电混合系统中的机电诱导吸收（EMIA）。通过进行双音光谱实验，我们研究了EMIA作为驱动功率的函数在很宽的范围内的驱动和探测音失谐。我们发现实验和理论建模的基础上的一个通用的机电系统的哈密顿制定良好的定量协议。我们表明，微波信号的吸收在一个非常窄的频带（Δω/2π<5 Hz）周围的腔体谐振约6 GHz的范围内，可以调整超过25 dB的范围内的驱动音功率的一个因素。这种现象的可能应用包括陷波滤波器，以切除由微波腔的谐振宽度限定的MHz量级的宽得多的频带中的极窄频带（< Hz）。通过调节驱动场的功率和频率，吸收量以及滤波频率在微波谐振的整个宽度上是可调谐的。在高驱动功率下，我们观察到参数微波放大与纳米机械谐振器。由于纳米机械梁的非常低的损耗率，用于参量放大的驱动功率范围是窄的，因为梁快速地开始执行自振荡。
2012-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
A cavity-Cooper pair transistor scheme for investigating quantum optomechanics in the ultra-strong coupling regime
我们提出了一个方案，涉及一个库珀对晶体管（CPT）嵌入在超导微波腔，CPT作为一个电荷可调量子电感器，以促进腔和纳米到介观尺度的机械谐振器之间的光子之间的超强耦合。机械谐振器电容耦合到CPT，使得谐振器的机械位移引起CPT电感的偏移，从而引起腔的谐振频率的偏移。由CPT提供的放大足以使机械谐振器的零点运动单独引起腔谐振的显著变化。相反，腔中的单个光子导致机械谐振器位置在其零点运动的量级上的移位。因此，耦合到机械谐振器的腔-库珀对晶体管（cCPT）将能够访问单光子可以影响单声子的状态，反之亦然。实现这种超强耦合机制将有助于机械谐振器的非经典状态的创建，以及通过测量腔光子场来准确表征这种状态的方法。
2013-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient tunable switch from slow light to fast light in quantum opto-electromechanical system
在探针传输的单一实验中，控制慢光和快光的传播是一项具有挑战性的任务。这种类型的控制只能通过高度非线性相互作用和额外的干扰途径来实现，因此很少报道。在这里，我们设计了一个方案，其中慢光，从慢光到快光的可调开关可以实现在探针传输的基础上的混合设置，这是由一个光学腔与两个带电的纳米机械谐振器（MR）。这两个MR通过可调库仑耦合强度（$g_{c}$）静电耦合，形成量子光机电系统（QOEMS）。耦合两个MR的参数$g_{c}$可以通过控制MR上的偏置电压来接通和关断，并且用作可调谐开关，其允许传输的探测场作为慢光（$g_{c} \neq 0$）或快光（$g_{c} = 0$）传播。在我们的方案中，延迟和脉冲提前的幅度可以通过调节库仑相互作用和泵浦场的功率来控制。此外，我们表明，在我们的模型中的慢光制度是非常强大的腔衰减率。与以前的方案相比，我们的方案具有明显的优势，使国家的最先进的光子产业，以及反映了新兴的混合技术的实力。
2015-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Robust continuous-variable entanglement of microwave photons with cavity electromechanics
研究了由两个超导共面波导腔（CPWC）电容耦合纳米机械谐振器（MR）构成的电路腔机电系统中稳健光子纠缠的可控产生。我们表明，与此机电系统，双模连续变量纠缠腔光子可以确定性地通过相干控制系统的动力学，或通过耗散量子动力学过程。第一个方案，在强耦合制度，探讨了腔Bogoliubov模式的激发，是不敏感的初始热噪声。第二个是基于工程的方法，利用机械耗散作为一个有用的资源来执行两个离域腔Bogoliubov模式的基态冷却。在这两种方案中实现的纠缠量是由有效机电耦合强度的相对比率决定的，因此可以进行调整，并使其比以前的研究大得多。
2013-09-19 quant-ph
Quantum Nondemolition Photon Counting With a Hybrid Electromechanical Probe
光子的量子非破坏性测量是量子光学和量子信息处理领域的一项重要研究。在这里，我们提出了一种新的混合光机电平台，集成了腔系统与混合机电探针的QND光子计数。建立在机械模式介导的非微扰电光色散耦合，我们的协议进行QND光子计数测量的探针的电流-电压特性的装置。特别是，我们表明，微分电导的峰值电压漂移是线性依赖于光子占据数，从而提供了一个灵敏的测量光子数，特别是在强光机耦合制度。鉴于我们提出的混合系统是兼容的国家的最先进的实验技术，我们讨论了它的实现和预期的应用在量子光学和极化激元物理。
2020-11-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Remote sensing of a levitated superconductor with a flux-tunable microwave cavity
本文提出一种将SQUID嵌入微波腔并耦合磁悬浮超导球的机电系统，通过微波光谱表征并实现可调谐机电相互作用，位移灵敏度达10^{-7} m/√Hz，为毫开尔文温度下普朗克尺度质量粒子的基态冷却提供新途径。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-classical correspondence for a dc-biased cavity resonator--Cooper-pair transistor system
本文研究了微波腔耦合库珀对晶体管（CPT）系统的量子动力学与经典动力学的关系，其中外加直流偏压使系统通过交流约瑟夫森效应自振荡.改变直流偏置允许调谐自振荡频率。系统设计的一个不寻常的特点是，直流偏置不会显著影响CPT主要耦合的腔模式的高品质因数。CPT-腔模系统具有涉及驱动耦合振荡器系统的机械模拟。相应的，非线性经典动力学方程表现出混沌，以及非周期性运动取决于初始条件和阻尼/噪声力的性质和强度。量子主方程表现出动力学隧穿和从初始经典态产生非经典态等现象。避免需要外部交流驱动线，这通常是更难噪声滤波器比直流偏置线，自振荡系统在这里描述了相当大的承诺，为展示宏观量子动力学行为。
2011-06-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Nonlinear Charge- and Flux-Tunable Cavity Derived from an Embedded Cooper Pair Transistor
我们介绍了腔嵌入式库珀对晶体管（cCPT），一个设备，它的行为作为一个高度非线性的微波腔，其谐振频率可以通过充电的栅极电容器和线程通量通过SQUID环调谐。我们描述了这种设备，并找到良好的理论和实验之间的协议。这种表征中的关键困难是存在与腔线宽规模相当的频率波动，其根据最近的理论预测使我们测量的谐振圆变形[Brock等人，应用物理修订版14，054026（2020）]。通过测量这些频率波动的功率谱密度在参数空间中仔细选择的点，我们发现，它们主要是一个结果的$1/f$电荷和磁通噪声常见的固态设备。值得注意的是，我们还观察到的频率波动引起的量子涨落在腔场通过克尔非线性的关键签名。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Three-Tone Coherent Microwave Electromechanical Measurement of a Superfluid Helmholtz Resonator
本文提出三音相干微波测量方法，在边带未分辨区域实现超流亥姆霍兹模式与微波腔的弱耦合表征，测得真空机电耦合强度比以往超流实验高三个数量级。
2023-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
A Quantum Optomechanical Transistor Based on a Cavity-Optomechanical System
理论上提出了一种基于腔光机械系统的全光控量子光机械晶体管的实现方案，其中腔光子与输入信号光子发生干涉，而泵浦场控制信号光的透射谱。理论分析表明，这种量子光机械晶体管可以通过打开或关闭泵浦激光来打开或关闭，这分别对应于信号激光的放大或衰减。结果进一步表明，随着泵浦功率的增加，输出信号增益突然增大。本文提出的方案将为全光逻辑电路和量子中继器等重要应用铺平道路。
2015-08-22 quant-ph
Fast high-fidelity charge readout by operating the cavity-embedded Cooper pair transistor in the Kerr bistable regime
在克尔双稳态机制中操作腔嵌入式库珀对晶体管（cCPT），我们证明了两个电荷状态之间的单次分辨率是$0.09e$分开。在3 $μ$ s的持续时间内以94 $\%$保真度进行测量。在cCPT的高振荡幅度状态下，执行测量的驱动功率平均仅对应于20个腔内光子，其数量级小于rf-SET中的数量级。我们发现，这种模式的操作的cCPT的限制因素是自发波动引起的两个亚稳振荡振幅状态之间的切换。我们提出的经验数据的变化与驱动参数和cCPT直流偏置的开关动态。
2022-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Charge sensitivity of a cavity-embedded Cooper pair transistor limited by single-photon shot noise
利用算符散射方法，我们分析了超灵敏静电计的量子动力学--一个嵌入四分之一波长微波腔（cCPT）中的库珀对晶体管。虽然cCPT本质上是一个可调的，强非线性系统提供了各种各样的功能，我们限制我们目前的分析，其线性电荷传感能力的必要的第一次调查，限制到低泵浦功率对应的平均腔光子数$\lesssim 1$。假设可实现的cCPT参数（B. L. Brock等人，Phys. Rev. Applied，044009），并且不包括来自后续放大器链的噪声，我们预测当泵浦腔具有一个光子的平均值并且cCPT接近电荷简并操作时，基本的光子散粒噪声限制的电荷灵敏度为$0.12\, μ{\mathrm{e}}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$。这将与在单光子状态中的第一个报道的电荷灵敏度值$14\, μ{\mathrm{e}}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$（B. L. Brock等人，arXiv：2102.05362）。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Control of microwave signals using bichromatic electromechanically induced transparency in three-mode circuit electromechanical systems
我们在理论上研究了三模电路机电系统中基于双色机电诱导透明的微波信号的可调谐减速和前进，其中两个频率间隔很近的机械振荡器独立地耦合到一个共同的微波腔。在强抽运场作用下，我们在透射微波探测场中得到了两个透明窗口，并伴随着陡峭的相位色散。泵浦光功率的大小可以有效地控制透明窗口的宽度和探测光的群延迟。实验结果表明，在目前的实验条件下，最大群延迟为0.12ms，提前量为0.27ms。
2014-08-17 quant-ph
Bandwidth enhancement and optical performances of multiple quantum well transistor lasers
建立了一个详细的基于速率方程的多量子阱异质结双极晶体管激光器模型，研究了载流子输运对激光器光电特性的影响。在小信号状态下使用数值技术提取的模拟结果预测当使用多量子阱时器件光学带宽的显著增强。腔长和基区宽度也被修改，以优化器件的光电性能。在腔长200 μ m，阱宽70埃的5个量子阱的情况下，获得了\approx 60 GHz的光学带宽.
2012-05-23 physics.optics quant-ph
Einstein-Podolsky-Rosen entanglement and asymmetric steering between distant macroscopic mechanical and magnonic systems
我们提出了一个确定性方案，建立混合爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）纠缠通道之间的宏观机械振荡器和磁振子模式在遥远的钇铁石榴石（YIG）球约10千兆赫的频率差。该系统由一个被驱动的机电腔，它是单向耦合到一个遥远的电磁腔内放置一个YIG球。我们发现，远远超出边带解决制度的机电子系统，可以实现平稳的声子-磁振子EPR纠缠。这是通过利用机电腔的输出场作为中介体来实现的，该中介体将机电纠缠分布到磁振子，从而建立远程声子-磁振子纠缠。EPR纠缠足够强，使得声子-磁振子量子操纵可以以不对称的方式实现。这种长距离的宏观混合EPR纠缠和转向不仅在宏观尺度上的量子力学的基础测试中有潜在的应用，而且在量子网络和基于磁和机电的单边设备无关量子密码学中也有潜在的应用。
2020-10-09 quant-ph
Enhanced electromechanical coupling of a nanomechanical resonator to coupled superconducting cavities
研究了双模压缩微波源驱动下纳米机械谐振器和两个参数耦合超导共面波导腔之间的机电耦合。我们表明，通过谐振腔与腔Bogoliubov模的选择性耦合，辐射压力型耦合可以大大增强几个数量级，从而实现单光子强耦合。这使得一些有趣的现象，如光子阻塞效应和非经典量子态的机电系统的产生的调查。
2016-01-25 quant-ph
Realization of the degenerate parametric oscillator in electromechanical systems
我们考虑一个机电系统，其中微波腔耦合到机械谐振器，机械频率是微波频率的两倍。在这种情况下，有效的光子-声子相互作用等效于简并参量放大器，而不是典型的辐射压力相互作用。如果机械谐振器被强驱动，则其经历相变到其中泵入机械模式的能量被完全转换为光子模式的状态。量子涨落模糊了这种相变。我们用复P表象中的稳态Fokker-Planck方程描述了这些效应，并计算了光子场强度和正交方差以及机械振幅。与数值模拟相比，该Fokker-Planck方法的性能优于标准线性化结果。
2018-11-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity electromechanics with parametric mechanical driving
在过去的几年中，微波光机械电路已被证明是非常powerfool工具，探索宏观机械振荡器的基础物理，以及作为有前途的候选人，为新的芯片上的量子限制微波器件。在迄今为止的大多数实验中，机械振荡器要么被用作无源器件元件，其位移使用超导腔来检测，要么由腔内场来操纵。在这里，我们探讨了直接和参数化操纵腔机电系统的机械纳米梁谐振器的可能性，这为微波光机械设备的工具箱提供了额外的功能。除了使用腔作为干涉仪来检测参数调制的机械位移和压缩热机械运动，我们证明了纳米梁谐振频率的参数调制可以实现腔内微波光子的相敏参量放大器。与使用机电电路的许多其他微波放大方案相比，所提出的技术允许机械元件的同时冷却，这可能使这种类型的光机械微波放大器成为量子限制的。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum transistor realized with a single $Λ$-level atom coupled to the microtoroidal cavity
提出了一种光纤耦合微盘腔相干光场量子晶体管的实现方案。我们证明，通过结合数值和分析方法，无论是在强耦合和坏腔限制，它是可能的，以改变系统的行为是完全透明的是完全反射的外部控制场的振幅。我们注意到，在实验设置中，调节控制场的振幅比调节腔-原子耦合强度要容易得多，腔-原子耦合强度在[Phys. Rev. A 90，053822（2014）]中针对二能级原子提出，并且仅在强耦合极限下起作用。我们还论证了用控制场控制输入相干场的统计特性的可能性，这为获得光的量子态开辟了途径。
2019-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Spin-based single-photon transistor, dynamic random access memory, diodes and routers in semiconductors
量子计算机和量子互联网的实现不仅需要量子门和量子存储器，还需要单光子水平的晶体管来控制编码在单光子上的信息流。单光子晶体管（SPT）是一种量子极限下的光学晶体管，它利用单个光子来打开或阻塞光子通道。与之前所有基于单光子非线性的SPT方案形成鲜明对比的是，本文提出了一种基于线性光学效应的高增益和高速（高达THz）SPT的新设计--由双面光学微腔中的单个自旋引起的巨圆双折射（GCB）。门光子通过投影测量设置自旋状态并控制光在光通道中的传播。这种自旋腔晶体管可以直接配置为二极管，路由器，DRAM单元，开关，调制器等，由于作为量子门和晶体管的二重性，自旋腔单元提供了一个理想的固态平台，为未来的互联网-全光互联网与量子互联网的混合。
2017-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cryogenic rf-to-microwave transducer based on a dc-biased electromechanical system
Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS–Université PSL, Collège de France（卡斯勒-布罗塞尔实验室，索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法兰西公学院）；Alice & Bob（爱丽丝与鲍勃公司）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（尼尔斯·玻尔研究所，哥本哈根大学）；Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（混合量子网络中心（Hy-Q），尼尔斯·玻尔研究所，哥本哈根大学）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
该研究提出了一种基于直流偏置电磁机械系统的低温射频至微波转换器，实现了高灵敏度的电荷检测和低噪声异频链路。
2026-01-30 quant-ph
On-Chip Photonic Transistor based on the Spike Synchronization in Circuit QED
研究了多能级超导人工原子与谐振腔耦合腔系统中的单光子晶体管的相互作用。利用有效的单模变换将哈密顿量对角化，并根据简正模进行阻抗匹配。入射光场的存储和传输由控制原子最低能级跃迁的腔之间的相互作用来描述。在没有输入场的情况下，利用正交算符，在输入/输出关系中研究了真空诱导多光子跃迁的拉比分裂。利用二阶相干函数研究了由布居不平衡描述的光子振荡态中腔场的光子阻塞和局域-离域跃迁。研究了存在多能级跃迁时腔输出光场的反射和透射。利用反射场和透射场的积累和激发，研究了透射场群聚尖峰训练的同步性和腔场粒子数不平衡性。在单光子门场的存在下，增益增强解释了透射制度。
2017-11-09 quant-ph
Quantum Memory and Optical Transistor Based on Electromagnetically Induced Transparency in Optical Cavities
我们从理论上研究了在一个由单原子囚禁在高精细度腔中组成的系统中实现量子存储器和光学晶体管。为了将输入脉冲的量子态存储和映射到单个原子的内部态上（量子存储器），我们采用电磁诱导透明（EIT）现象（其可以作为光学晶体管工作），其中信息可以被转移到由Λ型配置中的三能级系统建模的原子的暗态。在我们的模型中，我们考虑一个合适的时间形状的控制字段，确保绝热的存储过程和检索的探测脉冲。腔内场的动力学过程采用主方程法，而腔外场的动力学过程采用输入输出法。我们分析了两种不同的设置：i）双侧腔和ii）单侧腔。虽然第一种设置是最适合和最常用的观察腔EIT的透射光谱，因此最好的配置为光学晶体管，最大的量子存储效率不能达到合理的值，被限制为50%的对称腔。另一方面，采用单侧腔的量子存储效率显著提高，在强原子-场耦合区可以达到接近100%的值。然而，这种特定的设置不利于观察透射光谱中的腔EIT效应，因此不适合控制光脉冲的透射。
2016-03-16 quant-ph
Ground State Cooling of an Ultracoherent Electromechanical System
腔机电学依赖于微波和机械模式之间的参数耦合来操纵机械量子态，并在混合量子系统的不同部分之间提供相干界面。机械模式的高相干性在这样的应用中是至关重要的，以便保护其宿主的量子态免受热退相干。在这里，我们介绍了一个机电系统的基础上，周围的软夹持机械谐振器具有极高的Q值（> $10^9$），在非常低的温度（30 mK）举行。这种超相干机械谐振器是电容耦合到微波模式，强大到足以使基态冷却的机制（$\bar{n}_\mathrm{min}= 0.76\pm 0.16$）。这为利用这种系统提供的极长相干时间（$t_ \mathrm{coh} >100 ms）进行量子信息处理和状态转换铺平了道路。
2022-02-14 quant-ph
Electrically driven quantum light emission in electromechanically-tuneable photonic crystal cavities
确定性耦合到光子晶体环境的单个量子点构成了下一代量子光子电路中产生和操纵单光子的不可或缺的基本单元。到目前为止，通过使用需要庞大的片外激光器的光泵浦策略以及缺乏控制纳米腔和发射器能量的方法，已经阻止了完全集成芯片上这些量子节点数量的缩放。在这里，我们同时克服了这些限制，通过演示电注入单激子线内的纳米机电可调光子晶体腔。当使电驱动的点线与光子晶体模式共振时，其发射速率增强。反聚束实验揭示了这些按需源在电信范围内发射的量子性质。这些结果代表了在实现集成量子光学实验中向前迈出的重要一步，该实验具有嵌入在可重构半导体架构中的多个电触发Purcell增强单光子源。
2017-10-08 physics.optics quant-ph
A quantum electromechanical interface for long-lived phonons
在量子机制中控制长寿命的机械振荡器为量子信息处理带来了希望。在这里，我们提出了一个机电系统能够在GHz频段的绝缘体上硅平台。依靠一种新的驱动方案的基础上的静电场和高阻抗的微波腔体的TiN超电感器，我们能够证明参数增强的机电耦合的${g/2 π} = 1.1$ MHz，足以进入强耦合制度的协同性的$\mathcal{C} = 1200$。在我们的平台中没有压电材料导致长的机械寿命，发现在低声子数和毫开尔文温度下测量的固有值高达$τ_\text{d} = 265~ μ$ s（$Q = 8.4 \times {10}^6$在$ω_\mathrm{m}/2π= 5$ GHz）。尽管有很强的参数驱动，我们发现在量子基态通过边带测温测量腔力学系统。同时实现基态操作，长的机械寿命，和强耦合设置阶段采用硅机电谐振器作为存储器元件和换能器在混合量子系统，并作为一种工具，用于探测量子制度中的声学损失的起源。
2022-07-22 quant-ph
Microwave-to-optical conversion with a gallium phosphide photonic crystal cavity
电致动光机械谐振器提供了一种微波和光子的量子相干双向转换的途径。这样的设备可以使量子计算机的光学互连基于量子比特在微波频率下工作。在这里，我们提出了一种新的微波到光转换的平台，包括一个光子晶体腔的单晶，压电磷化镓集成在预制铌电路上的本征硅基板。该设备利用空间扩展，侧边分辨机械呼吸模式在$\sim$ 3.2 GHz，真空光机耦合率高达$g_0/2π\approx$ 300 kHz。机械模式由集成微波电极通过逆压电效应驱动。我们估计，该系统可以实现机电耦合率的超导transmon量子位的$\sim$ 200 kHz。我们的工作代表了压电光机械接口与超导量子处理器集成的决定性一步。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A single-photon switch and transistor enabled by a solid-state quantum memory
单光子开关和晶体管产生强的光子-光子相互作用，这对量子线路和网络至关重要。然而，为了用单个光子确定性地控制光信号，需要与量子存储器的强相互作用，这在固态平台中一直缺乏。我们实现了由固态量子存储器实现的单光子开关和晶体管。我们的设备由一个半导体自旋量子比特强耦合到纳米光子腔。自旋量子比特使单个门光子能够切换平均包含多达27.7个光子的信号场，切换时间为63 ps。我们的研究结果表明，半导体纳米光子器件可以产生强大的和可控的光子-光子相互作用，可以使高带宽的光子量子信息处理。
2018-05-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
An ultra-high gain single-photon transistor in the microwave regime
可以用单个门光子切换或放大光信号的光子晶体管需要在单光子水平上的强非线性相互作用。电路量子电动力学为产生这种相互作用提供了极大的灵活性，因此可以作为实现高性能单光子晶体管的有效平台。在这里，我们证明了这样的光子晶体管在微波制度。我们的装置由两个微波腔分散耦合到超导量子比特。单个门光子通过一个腔在量子比特状态上印上相移，并进一步移动另一个腔的谐振频率。通过这种方式，我们实现了晶体管的增益高达53.4 dB，消光比优于20 dB。我们的器件在光学增益方面优于以前的器件几个数量级，这表明在微波量子光子学和量子信息处理领域有很大的应用潜力。
2022-11-18 quant-ph
Superconducting cavity-electromechanics on silicon-on-insulator
开发了涉及无水氢氟酸气相蚀刻的制造工艺，以在由绝缘体上硅晶片形成的独立式硅膜上产生高$Q$铝超导微波谐振器。使用该制造工艺，高阻抗$8.9$ GHz线圈谐振器以大参与比电容耦合到$9.7$ MHz微机械谐振器。双音微波光谱和辐射压力反作用被用来表征耦合系统中的稀释制冷机的温度下的$T_f = 11$ ~mK，产生测量的机电真空耦合率的$g_{0}/2π\approx 24.6$ ~Hz和机械谐振器$Q$ -因子的$Q_{m}=1.7\times 10^7$。微波反作用冷却的机械谐振器进行了研究，与最小的声子占据的$n_{m} \approx 16$声子被实现在升高的冰箱温度为$T_f = 211$ ~mK。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Instabilities near ultrastrong coupling in microwave optomechanical cavity
本文在超导腔-机电器件中实现接近超强耦合的机械极化激元分裂，系统观测并建模了随泵浦参数变化的丰富不稳定动力学及混沌行为。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reconfigurable re-entrant cavity for wireless coupling to an electro-optomechanical device
最近已经展示了一种能够将微波转换为光学的电光机械设备，其愿景是实现超导量子比特的光学网络。在这里，我们提出了一种改进的转换器设计，使用三维（3D）微波腔之间的微波传输线和集成的LC谐振器的转换器芯片的耦合。新的设计简化了光学组件，并将其从设置的微波部分中分离出来。实验表明，模块化器件组装允许我们灵活地调整微波耦合到转换器芯片，同时保持小损耗。我们还发现，机电实验不受影响的附加微波腔。我们的设计与高精细光学腔兼容，并将提高光学性能。
2017-03-19 quant-ph
Quantum behavior of graphene transistors near the scaling limit
石墨烯优异的固有性质在过去几年中一直是一个关键的研究热点。然而，外部元件，如金属触点，不仅作为必要的探测元件，而且还产生有效的电子腔，这可以形成新的量子器件的基础。在先前的研究中，量子干涉效应在由顶栅形成的石墨烯异质结中得到了证实。在这里，相位相干输运行为在一个简单的两端石墨烯结构中被证明，在亚100 nm器件中具有清晰分辨的法布里-珀罗振荡。通过积极地将沟道长度缩小到50 nm，我们研究了石墨烯晶体管从沟道主导的扩散制度到接触主导的弹道制度的演变。关键问题，如电流的不对称性，费米能级钉扎的接触，石墨烯筛选确定的异质结势垒宽度，缩放的最小电导率和开/关电流比的问题，进行了研究。
2012-05-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid quantum device based on NV centers in diamond nanomechanical resonators plus superconducting waveguide cavities
我们提出并分析了一种混合器件，它是将一个具有单个内建氮空位（NV）中心自旋的微尺度金刚石梁集成到超导共面波导（CPW）腔中。我们发现在交流电场作用下，金刚石光束的量子化运动可以通过介质相互作用与单腔光子发生强耦合。与经由大磁场梯度的强自旋-运动相互作用一起，它提供了一种混合量子器件，其中金刚石谐振器可以强耦合到单个微波腔光子和单个NV中心自旋。这使得通过机械暗极化激元的NV自旋和CPW腔之间的相干信息传输和有效耦合成为可能。这种混合自旋机电装置，与外部场的可调谐耦合，提供了一个现实的平台，实现量子信息与单NV自旋，金刚石机械谐振器，和单微波光子。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous wave single photon transistor based on a superconducting circuit
我们提出了一种微波频率单光子晶体管，它可以在连续波探测下工作，是一种有效的单微波光子探测器。它可以用一个三能级人工梯型原子与两个微波腔耦合的阻抗匹配系统来实现，两个微波腔连接到输入/输出波导。利用上跃迁的经典驱动，我们找到了一个参数空间，在这个空间中，入射到其中一个腔的单光子控制脉冲可以被完全吸收到杂化的激发态。这随后导致在上流形中的一系列量子跳跃和通过单独的输入/输出端口离开第二腔的光子通量的出现。该方案不需要探测信号的时间变化，因此对应于单光子晶体管的无源版本。所得到的装置对量子位退相过程是鲁棒的，对于大的非谐性具有低的暗计数率，并且可以使用当前技术容易地实现。
2016-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Hyperparallel transistor, router and dynamic random access memory with unity fidelities
我们在理论上实现了一些超并行光学元件，包括量子单光子晶体管、路由器和动态随机存取存储器（DRAM）。考虑了量子点-腔介质不可避免的侧漏和不理想的双折射，使我们的光学元件达到了统一的双折射率。超并行结构是基于光子的偏振和空间自由度（DOF）来提高并行效率，提高信道容量，节省量子资源，减少运算时间，降低环境噪声。此外，实用的方案是强大的对侧漏和耦合强度限制的微腔。
2021-01-18 quant-ph
Quantum electromechanics of a hypersonic crystal
工程结构内的辐射压力最近已被用于耦合纳米机械物体的运动，具有高灵敏度的光学和微波电磁场。在这里，我们展示了一种形式的机电晶体耦合微波光子和高超音速声子嵌入的真空间隙电容器的超导谐振器内的声子晶体声腔。利用双光子共振条件有效的微波泵浦和声子带隙屏蔽，以消除声辐射，我们证明了大的合作耦合（$C \approx 30$）之间的一对电谐振在$10$ GHz和一个声谐振在$0.425$ GHz。声子占有率的电读出表明，高超音速声学模式具有$2.3$ ms的内禀能量衰减时间，并且在$10$ mK的冰箱温度下接近其量子基态运动（占有率$1.5$）。这种机电换能器被设想为混合量子线路架构的一部分，能够与超导量子比特和光学光子两者接口。
2018-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong coupling in multimode quantum electromechanics
腔电（光）力学使我们不仅可以在大质量物体中获得单个孤立的力学模式，而且可以获得多个力学模式。本文提出了一种多模机电系统，在该系统中，多个薄膜振动模耦合到一个三维环隙超导微波腔。机械顺应的窄隙电容器上的电场的紧密限制使系统在红边带泵浦场下进入量子强耦合状态。我们证明了两个机械模式之间的强耦合，这是由双音参量驱动和介导的虚光子在腔中。可调谐的机械模式间耦合可以用于在机械模式之间产生纠缠。
2016-02-04 quant-ph
Parity-dependent unidirectional and chiral photon transfer in reversed-dissipation cavity optomechanics
非互易元件，如隔离器和环行器，在经典和量子信息处理中起着重要的作用。近年来，在腔光学机械系统中，实验证明了强非互易效应。在这些方法中，非互易光子传输的带宽受到机械谐振器线宽的限制，其可以说比大多数机电或光机械设备中的腔模式的线宽小得多。在这项工作中，我们证明了宽带非互易光子传输的\emph{reversed-dissipation}制度，其中具有大的衰减率的机械模式可以被消除，而介导的反$\mathcal{PT}$对称耗散耦合两种相位因子。调整相对相位允许观察具有分布例外点（Eps）的\emph{periodic}黎曼片结构。在Eps处，相消量子干涉破坏了$\mathcal{T}$ -和$\mathcal{P}$ -反转对称性，导致单向和手性光子传输。在反向耗散区，非互易带宽不再受机械模线宽的限制，而是提高到腔谐振的线宽。此外，我们还发现通过改变Eps的\emph{parity}，可以使单向和手性能量转移的方向发生逆转。将非厄米耦合推广到三腔模型，反$\mathcal{PT}$对称性的破缺使我们能够观察到高阶Eps，在此证明了宇称依赖的手征环行器。驱动相位控制的周期性黎曼面允许观察依赖宇称的单向和手性能量转移，从而为建立非互易阵列和实现拓扑，例如，隔离器、循环器或放大器。
2022-12-22 physics.optics quant-ph
Hybrid circuit cavity quantum electrodynamics with a micromechanical resonator
具有固有不同自由度的混合量子系统在许多物理现象中起着关键作用。著名的例子包括腔量子电动力学，囚禁离子，或电子和声子在固体状态。在这里，强耦合使组分失去它们的个性并形成修饰态。除了基本的意义，混合系统可以用于实际目的，特别是在新兴的量子信息控制领域。长寿命原子态与超导腔和量子比特中可及的电自由度的结合提供了一个有希望的方向。在这里，我们集成电路腔量子电动力学与声子。除了耦合到微波腔之外，我们的超导transmon量子比特还与微机械谐振器中的声子模式相互作用，从而代表耦合到两个不同腔的原子。我们测量了声子斯塔克位移，以及量子位谱线分裂成运动边带，其特征是修饰的机电态之间的跃迁。在时域中，我们观察到量子比特激发到声子的相干转换为边带拉比振荡。这是一个具有量子界面潜力的模型系统，它可以允许在长寿命的声子态中存储量子信息，耦合到光学光子，或者用于研究接近经典极限的强耦合量子系统。
2013-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Optomechanical transistor with mechanical gain
本文研究了一种光机械晶体管，在这种晶体管中，输入光场可以在循环三模光机械系统中单向传输和放大。在该系统中，机械谐振器同时耦合到两个腔模式。我们发现，它只需要一个有限的机械增益，以实现非互易放大。这里的非互易性是由线性化的光机耦合之间的相位差，打破了这个系统的时间反演对称性。放大产生于机械增益，其提供相干地泵送机械模式的有效声子浴。这种效应类似于原子的受激发射，当探测场的频率与反斯托克斯跃迁的频率共振时，探测场可以被放大。我们表明，通过选择最佳的参数，这种光机晶体管可以达到完美的单向性，伴随着强大的放大。此外，机械增益的存在可以导致探测场的相位中的超长延迟，这提供了控制光机械系统中的光传输的替代方案。
2018-01-17 quant-ph
Electro-mechanically tunable, waveguide-coupled photonic-crystal cavities with embedded quantum dots
本文提出一种嵌入量子点的电机械可调谐一维光子晶体腔系统，通过微机电悬臂和量子限制斯塔克效应分别调谐腔模波长与量子点发射能量，实现1.8 nm调谐范围及珀塞尔因子3.5的增强发射，并支持多腔共波导耦合。
2025-03-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Acute entanglement and Photon/Phonons statistics in a balanced/unbalanced PT-symmetry systems
研究了在具有平衡/非平衡增益和损耗的PT对称耦合系统中，光子/声子聚束和反聚束对量子纠缠动力学的影响.提出了一种混合机电系统，通过超导量子比特实现共面波导（CPW）微波腔和纳米机械谐振器（NAMR）之间的强可调谐耦合。混合机电系统由具有平衡/不平衡增益和损耗的非厄米哈密顿量组成。我们还深入研究了量子纠缠与非对称系统之间的相互作用.我们在数算符、光子/声子反聚束和纠缠之间建立了联系。已经观察到相对光子数/声子数在量子纠缠动力学中起着关键作用。进一步研究了量子纠缠可以通过定义光子/声子反聚束来刻画。光子/声子的反聚束效应强烈地依赖于系统的初始压缩态和系统的平衡/非平衡增益与损耗的比值。
2022-11-02 quant-ph
Improved constraints on minimum length models with a macroscopic low loss phonon cavity
本研究利用低温石英体声波谐振器，将广义不确定性原理（GUP）相关的最小长度模型的实验约束提升三个数量级，还发现混合机电反谐振模式对GUP诱导效应也敏感，为量子引力理论的实验检验提供了新途径。
2024-01-16 gr-qc hep-th quant-ph
Simultaneous Brillouin and piezoelectric coupling to a high-frequency bulk acoustic resonator
体声波谐振器支持鲁棒的、长寿命的机械模式，能够耦合到各种量子系统。在单独的工作中，这样的设备通过压电实现了与超导量子比特的强耦合，通过布里渊相互作用实现了与光学腔的强耦合。在这项工作中，我们提出了一种新的混合微波/光学平台，能够耦合到体声波通过腔增强的压电和光弹相互作用。该模块化可调系统实现了三维微波腔、高频体声波谐振器和法布里-珀罗腔之间的完全谐振和良好模式匹配的相互作用。我们实现了这种压电布里渊相互作用的x切石英，展示了强大的光机械相互作用和高协同性，使用光学腔增强的潜力。我们进一步展示了该器件如何作为一个双向电光机械换能器，量子效率超过$10^{-8}$，和一个可行的路径单位转换效率。高的光学灵敏度和在该系统中应用大的谐振微波场的能力也提供了一个新的工具，用于探测异常的机电耦合，我们证明通过调查（名义上中心对称）CaF $_2$和揭示寄生压电83 AM/V的这样的研究是新兴的量子技术的一个重要课题，并突出了这种新的混合平台的多功能性。
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Strongly correlated photons on a chip
单光子水平的光学非线性是未来光子量子技术的关键因素。实现量子信息处理任务所需的强光子-光子相互作用以及研究集成光子器件设置中的强相关光子的主要候选者是嵌入在光子晶体纳米腔中的量子点。在这里，我们报告了皮秒时间尺度上光子之间的强量子相关性。我们观察到（a）光子反聚束时的共振激发的最低能量的极化激元状态，证明了第一个腔光子阻挡了随后的注入事件，和（b）光子聚束时，激光场是在双光子共振与极化激元本征态的第二Jaynes-Cummings流形，表明在这种颜色的两个光子更有可能被注入到腔中联合，比他们会，否则。总之，这些结果展示了前所未有的强单光子非线性，为实现单光子晶体管或量子光学约瑟夫森干涉仪铺平了道路。
2011-08-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Bidirectional optical non-reciprocity in a multi-mode cavity optomechanical system
本研究提出一种含三个光模与两个纳米机械谐振器的多模腔光力学系统，通过调节参数、相位等实现可控双向光学非互易传输，为新型非互易光子器件提供基础。
2023-04-12 physics.optics quant-ph
Cavity electromagnetically induced transparency and all-optical switching using ion Coulomb crystals
最终在单光子水平上由一个光场控制另一个光场是一项具有挑战性的任务，在非线性光学和量子信息科学中有许多有趣的应用。由于真空中可见光子之间的直接相互作用非常弱，这种类型的控制实际上只能通过介质内的高度非线性相互作用来实现。电磁感应透明（EIT）构成了一种这样的手段，以获得极强的非线性耦合，需要促进两个微弱的光场之间的相互作用。在这里，我们展示了第一次EIT以及全光EIT为基础的光开关，使用离子库仑晶体位于光学腔。实现了前所未有的窄腔EIT特征宽度低至几kHz，并且在仅约100 kHz的窗口内实现了探测场从基本上完全透射到完全吸收的变化。通过施加一个弱的开关场，我们进一步证明了近乎完美的开关的探测场的传输。这些结果代表了未来实现量子信息处理设备的重要里程碑，如高效量子存储器，单光子晶体管和单光子门。
2011-02-24 quant-ph
Fast and Ultrasensitive Electrometer Operating at the Single-Photon Level
我们展示了快速和超灵敏的电荷检测与腔嵌入式库珀对晶体管（cCPT）通过分散读出其约瑟夫森电感。我们报告的最小电荷灵敏度的$14$ $μe/\sqrt{\mathrm{Hz}}$的$1$ MHz的顺序上使用$16$阿瓦的功率，对应于单光子水平的腔的检测带宽。此外，我们测得的灵敏度在该器件量子极限的$5$的一个因子内。cCPT的单光子级灵敏度与rf-SET相当，rf-SET通常使用对应于其储能电路中数十万光子的皮瓦功率进行操作。我们的研究结果支持使用cCPT介导达到单光子强耦合制度的光机械相互作用的可行性。
2021-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Negative cavity photon spectral function in an optomechanical system with two parametrically-driven mechanical modes
提出一种含两个参变驱动机械模式的光机械方案，通过控制协同参数与调制参数实现等效于负吸收的负腔光子谱函数，为可调光机械滤波器与光学晶体管提供新平台。
2023-09-28 quant-ph
