Driving-induced population trapping and linewidth narrowing via the quantum Zeno effect
研究了嵌入光腔中的受驱动三能级系统的自发发射的量子芝诺效应抑制。较低的两个能级与外部光场的强共振耦合导致第三个上能级的指数衰减率下降。我们表明，这种效应具有可观察到的后果的形式与亚自然线宽的发射光谱，这应该是可测量的，例如，量子点-腔系统在目前可获得的参数制度。这些结果构成了一种新的方法来控制一个固有的不可逆和耗散的过程，并可能是有用的应用程序中需要控制的单光子到达时间和波包范围。
2017-06-21 quant-ph
Better-than-classical Grover search via quantum error detection and suppression
Grover的搜索算法是第一个展现出可证明的量子优势的量子算法之一。它构成了众多量子应用的支柱，并广泛用于基准测试工作。在这里，我们报告了迄今为止最大规模的完整Grover搜索算法的优于经典的成功概率，最多可达5个量子位，使用两个不同的IBM超导transmon量子位平台。在四个和五个量子比特的尺度上，这是通过鲁棒的动态解耦脉冲序列的误差抑制来实现的，没有它，我们观察不到比经典更好的结果。在使用测量误差缓解后出现进一步的改进，但后者本身不足以实现比经典性能更好的性能。对于两个量子比特，我们证明了通过使用[[4，2，2]]量子错误检测（QED）码的成功概率为99.5%。这构成了通过QED的量子算法盈亏平衡的演示。在此过程中，我们介绍了算法误差层析成像，这是一种独立感兴趣的方法，它提供了整个量子算法中积累的误差的整体视图，通过用于编码电路的QED代码检测到的误差进行过滤。我们证明了算法误差层析成像提供了一个严格的测试的误差模型的基础上的组合的振幅阻尼，失相，和去极化。
2022-11-08 quant-ph
Capture and release of a conditional state of a cavity QED system by quantum feedback
光腔量子电动力学系统探测到单个光子逃逸，产生了一个非经典的电磁场。通过改变腔的驱动，可以改变态的演化。对于适当的反馈，条件状态可以被捕获（稳定），然后释放。这是观察到的有条件的强度测量，显示抑制真空拉比振荡的反馈脉冲的长度和随后的回报。
2002-02-12 quant-ph
Coherent manipulation of the biphoton generation in cavity-QED system
School of Physics and Center for Quantum Sciences, Northeast Normal University（东北师范大学物理学院与量子科学中心）
研究腔QED系统中通过自发四波混频产生双光子的相干操控，利用原子-腔耦合和驱动场实现暗态增强控制，分析光谱亮度和量子统计特性。
2026-07-01 physics.optics quant-ph
Microtoroid cavity QED with fiber overcoupling and strong atom-field coupling: a single-atom quantum switch for coherent light fields
我们提出了一个方案，单原子，量子控制的传播方向的相干场入射，通过锥形光纤，在微环形回音壁模式（WGM）谐振腔。该方案涉及光纤锥到谐振腔的过耦合和原子到WGM的倏逝场的强耦合，即，原子场耦合超过总WGM线宽。与以前的，相关的计划，在坏腔制度，所提出的计划可以有效地与更强的入射场，同时也保持其相干性。它还可以用来制备原子的纠缠态和沿光纤在相反方向上传播的相干光脉冲。我们评估的保真度，考虑到吸收和原子自发发射，这样的状态的准备，并证明，高结晶度应该是可能的与现实的参数。
2014-11-21 quant-ph
Comment on: "Coherent perfect absorption: Zero reflection without linewidth suppression"
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Zhejiang University（浙江大学）
评论指出，针对Nat. Commun. 16, 5652 (2025)中测量的极omechanical正常模分裂（NMS）的线性尺度谱中无分裂的结论，作者指出在CPA频率附近的窄频范围内存在NMS，并质疑总衰减率参数与NMS测量的相关性。
2026-03-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Manipulation of Cold Atomic Collisions by Cavity QED Effects
我们展示了如何可以通过修改自发发射时间来操纵冷原子之间的碰撞动力学。这是通过将原子样品放置在谐振光学腔中来实现的。自发发射是增强的多粒子纠缠与更高密度的模式的修改后的真空场的组合，在类似于超辐射的情况下。一个特定的情况被认为是，我们表明，这种效果可以在实验中观察到的陷阱损失率的大抑制。
2001-02-01 quant-ph
Ultra Narrow Linewidth Frequency Reference via Measurement and Feedback
非常窄线宽光源的产生在现代科学中是非常重要的。其中一种光源是超辐射激光器，它依赖于由非相干光驱动的共同相互作用的超长寿命偶极子。在这里，我们讨论了一种不同的方式产生光谱纯光相干驱动这样的偶极子内的光学QED腔。离开腔的光携带关于驱动光和原子跃迁之间的失谐的信息，但也受到来自作用于组合的原子-腔系统的所有退相干过程的噪声的影响。我们计算这些影响，以获得基本限制的频率估计和稳定的输入光强度和原子-光相互作用强度的值的范围内，估计这些限制在国家的最先进的腔实验与碱土金属原子，并确定有利的操作条件。我们发现，可实现的线宽是可比的超辐射激光。
2023-02-22 physics.atom-ph quant-ph
Circuit QED with a Nonlinear Resonator : ac-Stark Shift and Dephasing
我们已经进行了光谱测量的超导量子比特色散耦合到一个非线性谐振器由泵浦微波场驱动。量子位频移的测量提供了腔内场的灵敏探针，产生了谐振器非线性的精确表征。量子比特线宽对泵浦频率和振幅有复杂的依赖关系，这与作为小信号放大器操作的非线性谐振器的增益相关。在放大器的低增益极限下，相应的失相速率接近量子极限。
2011-04-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-Photon Distillation via a Photonic Parity Measurement Using Cavity QED
具有定制时间轮廓的单光子是未来量子网络的重要资源。在这里，我们从自定义形状的激光脉冲中提取它们，这些激光脉冲从与光学谐振器强烈耦合的单个原子反射。随后对原子的测量预示着蒸馏成功。在真空主导的光脉冲中，我们创建了具有保真度$66(1)\%$的单光子，双光子和多光子抑制$95.5(6)\%$，以及具有负值$-0.125(6)$的维格纳函数。我们的方案应用于最先进的光纤谐振器可以提高单光子保真度高达$96\%$。
2019-04-09 quant-ph
Interferometric Purcell suppression of spontaneous emission in a superconducting qubit
本文提出一种干涉式Purcell滤波器，通过读取谐振腔与馈线的双点耦合产生破坏性干涉，抑制超导量子比特的自发辐射，无需额外滤波元件，并在实验中实现400 MHz带宽内超过两个数量级的衰减抑制。
2025-04-21 quant-ph
Active resonator reset in the nonlinear dispersive regime of circuit QED
我们提出了两个脉冲方案，主动耗尽测量光子从读出谐振腔中的非线性色散制度的电路QED。一种方法使用以测量结果为条件的数字反馈，而另一种方法是无条件的。在没有解析形式和对称性，利用在这个非线性制度，耗尽脉冲的数值优化使用鲍威尔方法。我们缩短了超过六个逆谐振腔线宽相比，被动耗尽等待光子耗尽时间。我们通过模拟辅助量子比特在重复代码中执行重复的量子奇偶校验来量化收益。快速耗尽在1微秒的周期时间内将伪错误检测事件的平均周期数从1阶增加到75阶。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum theory of frequency pulling in the cavity-QED microlaser
腔QED微激光/微脉塞的光谱有望显示出在传统的Schawlow-Townes线宽理论中被掩盖的相干光-物质相互作用的独特特征。然而，迄今为止的光谱研究仅限于原子与腔场的共振相互作用。在这里，我们考虑的色散相互作用在非共振的情况下，从中我们发现的量子频率牵引效应的微激光器/微脉泽光谱。我们提出了一个量子理论的频谱，引入了与光子数相关的频率牵引分布的概念。与常规激光器相比，随着泵浦参数的增加，观察到了平均频率牵引的周期性变化，这归因于强的原子-腔耦合。的拉动分布引起的光谱展宽，这可以是占主导地位的非色散加宽在以前的作品中解决。我们还发展了相应的半经典理论，并讨论了如何引入频移适合于扩展的量子理论。
2012-01-10 physics.optics quant-ph
Strong Coupling Cavity QED with Gate-Defined Double Quantum Dots Enabled by a High Impedance Resonator
腔量子电动力学（QED）的强耦合极限意味着类物质量子系统能够在共振结构中相干地将单个激发转换为单个光子。这不仅使量子信息处理所需的基本过程成为可能，而且还允许对物质-光相互作用进行基础研究。在这项工作中，我们证明了在栅极失谐GaAs双量子点（DQD）和频率可调高阻抗谐振器实现使用超导量子干涉器件（SQUID）阵列的电荷自由度之间的强耦合。在谐振制度中，我们解决了真空拉比模式分裂的大小$2g/2π= 238$ MHz的谐振器线宽$κ/2π= 12$ MHz和DQD电荷量子比特退相率的$γ_2/2π= 80$ MHz独立提取的微波光谱中的色散制度。我们的测量结果表明，一个可行的路径使用基于电路的腔QED的半导体纳米结构中的量子信息处理。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong antibunching photons/photon pairs emission in two atoms cavity QED system with the Van der Waals interaction
本文提出利用双原子腔QED系统中的范德华相互作用，通过相消干涉抑制双光子激发，实现了高纯度反聚束光子及光子对的发射，有望提升量子光源效率。
2025-09-15 quant-ph
Extreme non-linear response of ultra-narrow optical transitions in cavity QED for laser stabilization
我们探讨了光腔中原子超窄光跃迁直接光谱的潜力。与目前用于最高稳定激光器的参考腔稳定化相比，原子跃迁稳定化不会受到布朗热噪声的影响。超窄光跃迁的光谱在一个非常高的饱和状态下工作，其中非线性效应，如双稳态起着重要的作用。从具有耗散的Jaynes-Cummings模型的普遍行为出发，我们导出了利用超窄原子谱线直接光谱法稳定激光的基本极限。我们发现，与目前的晶格时钟实验，激光线宽约1兆赫，可以实现在原则上，这种技术的最终限制是在1 $μ$ Hz的水平。
2011-10-23 physics.atom-ph quant-ph
Theory of the Collective Many-body Subradiance in Waveguide Quantum Electrodynamics
School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
本文提出了一种分析有限一维发射器阵列与理想或非理想波导耦合时最亚辐射模式的理论，通过有效非厄米特哈密顿量和布拉格边开放边界假设，推导出紧凑的本征值表达式，显示最亚辐射态的线宽在两种情况下均呈现N^{-3}的普遍缩放关系，但在深亚波长范围内，由于边界干涉导致衰减率出现偶奇振荡。
2026-07-28 quant-ph
Overcoming photon blockade in circuit QED single-atom maser with engineered metastability and strong coupling
研究通过引入工程化亚稳态与受控耗散通道，在强耦合单原子微波激射器中克服光子阻塞，实现十几个光子的泵浦，并观察到传统激光特性与独特的单原子现象。
2022-09-12 physics.atom-ph quant-ph
Sub-100 Hz Intrinsic Linewidth 852 nm Silicon Nitride External Cavity Laser
本研究开发出852 nm波段本征线宽低于100 Hz的氮化硅外腔激光器，结合低损耗集成光子电路与商用增益芯片，实现高功率、宽调谐、高边模抑制比，为超冷原子传感器等应用提供紧凑型集成激光光源方案。
2024-10-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Extensible circuit-QED architecture via amplitude- and frequency-variable microwaves
我们介绍了一个电路QED架构相结合的固定频率量子比特和微波驱动耦合器。在适当的框架中，驱动参数显示为可调旋钮，能够实现选择性的两量子位耦合和相干误差抑制。此外，我们还介绍了一组基于驱动幅度和驱动频率调制的相位控制门。我们开发了一个基于Floquet理论的理论框架，以模拟微波激活的相互作用与时间相关的驱动参数，我们也使用脉冲整形。我们进行数值模拟的栅极保真度为现实的电路参数，并讨论驱动引起的退相干的影响。我们估计的平均门超过$99.9\%$的全微波控制相位操作的门时间范围内$50-120\,\mathrm{ns}$。这些双量子位门可以在大的驱动频率带宽和宽范围的电路参数下工作，从而提高了可扩展性。我们使用微扰理论来解决这种架构的频率分配问题，证明可以选择量子位、耦合器和驱动频率，使得不期望的静态和驱动相互作用在多量子位器件中保持有界。我们的数值方法是有用的描述的时间演化的驱动系统在绝热极限，并适用于各种各样的电路QED设置。
2022-04-19 quant-ph
Cavity-QED of a leaky planar resonator coupled to an atom and an input single-photon pulse
与原子在自由空间中的演化受与周围电磁真空的多模相互作用的控制不同，腔-QED系统的演化可以仅用三个参数来表征：（i）原子-腔耦合强度g，（ii）腔弛豫速率κ，和（iii）原子衰减到非腔模的速率γ。在原子插入到具有从外部耦合的输入光束的平面谐振器中的情况下，Koshino [Phys.Rev.A73，053814（2006）]已经表明，这三个参数不仅由原子和腔特性确定，而且还由输入脉冲的空间分布确定。通过从头算方法，我们推广了Koshino的框架，确定了原子、平面（漏）腔和单光子脉冲耦合系统的腔QED参数随脉冲横向分布和腔长的变化关系.我们证实，通过适当调整脉冲的横向轮廓可以抑制原子衰变率。这种对原子衰变的主动抑制为在平面谐振器内长期存储原子量子比特的高效量子存储器开辟了一条有吸引力的途径。
2013-09-23 quant-ph
Dephasing-driven suppression of superradiance and metastable dynamics in the anisotropic open Rabi model
Indian Institute of Science Education and Research, Bhopal（印度科学教育研究所博帕尔分校）；J. Stefan Institute（约热·斯特凡研究所）
本研究揭示原子退相干与自发辐射竞争，抑制各向异性开放Rabi模型中的超辐射亚稳态，表明耗散通道微观特征而非强度决定非平衡临界性。
2026-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
High-purity single-photon generation based on cavity QED
本文提出一种基于腔QED的四能级方案，通过双激发态和双驱动激光抑制原子衰变引起的再激发，在不降低产生概率的同时实现高纯度单光子，可用于分布式量子计算与量子通信。
2024-12-13 physics.atom-ph quant-ph
A Boundary Condition Perspective on Circuit QED Dispersive Readout
University of Oxford（牛津大学）
本文从边界条件角度探讨电路量子电动力学色散读取，通过从原理推导揭示色散位移和真空Rabi分裂的物理机制，并提出通过抑制线性色散项实现宇称-only测量的方法。
2025-12-30 quant-ph
A gated quantum dot far in the strong-coupling regime of cavity-QED at optical frequencies
腔量子电动力学（cQED）的强耦合机制代表了光与物质在全量子水平上的相互作用。加入一个光子会改变共振频率，这是一种深刻的非线性。cQED是量子光学的实验平台，是光子-光子和原子-原子纠缠门的基础。在微波频率，cQED的成功产生了变革性的影响。在光频下，门可能要快得多，光子可以长距离传播并容易被检测到，这是量子网络的理想特征。在单原子的开创性工作之后，固态实现对于开发实用的量子技术非常重要。在这里，我们将半导体量子点嵌入微腔中。微腔具有接近$10^{6}$的$\mathcal{Q}$因子，并且包含具有接近变换极限光学线宽的电荷可调谐量子点。激子-光子耦合速率$g$大大超过光子衰减速率$κ$和激子衰减速率$γ$（$g/γ=14$，$g/κ=5.3$）;协同性为$C=2g^{2}/(γκ)=150$，$β$因子为99.7%。我们观察到明显的真空拉比振荡的时域，光子封锁在单光子共振，和高度聚束光子统计在双光子共振。我们使用光子统计的变化作为灵敏的光谱探测的Jaynes-Cummings阶梯的第一和第二梯级之间的过渡。尽管固态环境的复杂性，所有的实验都可以用Jaynes-Cummings模型定量描述。我们提出这个系统作为一个平台，以发展光学cQED的量子技术，例如光子-光子纠缠门。
2018-12-20 quant-ph
High Cooperativity Cavity QED with Magnons at Microwave Frequencies
利用安装在磁场聚焦腔中的亚毫米级钇铁石榴石（YIG）球，我们证明了在毫开尔文温度和微波频率下磁振子模和光子模之间的超高$10^5$协同效应。腔体被设计成通过使用新颖的多柱方法充当磁偶极子，有效地将腔体磁场聚焦在填充因子为3%的YIG晶体内。耦合强度（正常模式分裂）为2 GHz，（相当于76腔线宽或$0.3$赫兹每自旋），实现了一个明亮的腔模式，构成约10%的光子能量，并表明，超强耦合是可能的自旋系统在微波频率。与直接向前的优化，我们表明，该系统有可能达到协同性的$10^7$，对应于5.2 GHz的正常模式分裂和耦合每自旋接近1赫兹。我们还观察到暗腔模和磁振子模偶对之间的三模强耦合区，其中光子-磁振子和磁振子-磁振子耦合（简正模分裂）分别为143 MHz和12.5 MHz，半高宽带宽约为0.5 MHz。
2014-10-16 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhanced qubit readout using locally-generated squeezing and inbuilt Purcell-decay suppression
介绍并分析了一种色散量子比特读出方案，该方案在测量腔中直接产生双模压缩。由此产生的噪声抑制使得能够快速、高保真地读出自然弱耦合的量子位，并且能够通过削弱强耦合的量子位的耦合来保护强耦合的量子位免于退相干。与其他利用压缩的方法不同，我们的设置避免了以高保真度传输和注入外部产生的压缩态的困难任务。我们的设置对于不需要的非QND反作用效应也具有惊人的鲁棒性，因为干扰自然会抑制Purcell衰减：系统充当自己的Purcell滤波器。我们的设置是兼容的实验状态的最先进的电路QED系统，但基本的想法也可以在其他系统中实现。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resilience of the quantum Rabi model in circuit QED
在电路量子电动力学（circuit quantum electrodynamics）中，一个人造的“电路原子”可以耦合到一个量子化的微波辐射，这个辐射比它的真实原子要强得多。著名的量子拉比模型描述了两能级系统与单模玻色子场的最简单的相互作用。当耦合足够大时，即使电路是强非谐的，电路原子的裸能级结构也不能忽略。我们探讨了这种情况下，从理论上通量（fluxonium）和电荷（库珀对盒）型多电平电路调谐到各自的通量/电荷简并点。我们确定了哪些光谱特征的量子拉比模型生存，哪些是重整化的大耦合。尽管在fluxonium的情况下，低能量谱的显着重整化，关键的量子拉比功能-近简并真空组成的原子状态纠缠的多光子场-出现在两种类型的电路时，耦合是足够大的。与量子拉比模型一样，对于非常大的耦合，纠缠谱仅由两个几乎相等的本征值支配，尽管原子-谐振腔基态实际上涉及大量的裸原子态。我们解释出现的两个电路的真空的双重简并作为环境抑制的磁通量/电荷隧穿，由于他们的服装虚拟低/高阻抗光子在谐振器中。对于磁通隧穿，修整只是约瑟夫森原子与谐振腔的大电容的分流。电荷隧穿的抑制是连接到电阻引线的隧道结中传输的动态库仑阻塞的表现。
2017-06-19 cond-mat.other quant-ph
Two-photon blockade in a cascaded cavity-quantum-electrodynamics system
从理论上研究了由两个二能级原子与单模腔在弱耦合区耦合构成的腔量子电动力学（QED）系统模型，其中系统由量子光驱动.整个系统的动力学行为是在级联量子系统的框架下处理的。我们发现，即使考虑到强系统耗散，也可以实现双光子阻塞和双光子聚束以及三光子反聚束。这一结果表明，我们的工作具有在弱耦合腔中实现纠缠光子对的潜力。此外，我们还分析了腔与两个不同原子非共振耦合时系统的光子统计特性。在弱耦合条件下，腔QED系统可以实现双光子关联抑制、三光子关联增强的非常规光子阻塞效应，表现出腔QED系统的许多量子统计特性。
2018-11-11 quant-ph
Relaxation breakdown and resonant tunneling in ultrastrong-coupling cavity QED
本文研究了非对称偶极子与单腔模超强耦合的开放弛豫动力学，发现超强耦合抑制系统弛豫，但极化多光子共振可通过腔介导的共振隧穿恢复快速弛豫，并给出了基于Rabi模型对角化的解析描述。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Meissner-like effect for synthetic gauge field in multimode cavity QED
以前实现的超冷原子的合成规范场不允许场的空间分布自由演化。我们提出了一种利用多模腔中的光，结合拉曼耦合，实现作用于中性原子的玻色-爱因斯坦凝聚体的人工磁场的方案。我们描述了这样一个系统的演变，并提出了数值模拟的结果，显示动态耦合的有效场和它的作用的问题。关键是，磁场空间分布的自由度足以实现迈斯纳效应的近似模拟，其中磁场从超流体中排出。这种原子对合成场的反作用，将这里描述的类迈斯纳效应与其他地方观察到的中性超流体中的赫斯-费正清旋转抑制区分开来。
2016-08-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Beyond Strong Coupling in a Massively Multimode Cavity
近年来，在腔量子电动力学（QED）高度可控、精确和模块化实验的刺激下，光物质相互作用的研究重新兴起。强耦合的实现，其中单个原子和基本腔模式之间的耦合超过了衰变率，是一个重要的里程碑，为许多新的研究打开了大门。在这里，我们引入多模强耦合（MMSC），其中耦合与腔的自由光谱范围（FSR）相当，即量子位从腔中吸收光子的速率与光子在腔中的往返传输速率相当。我们实现，通过电路QED架构，第一次实验访问MMSC制度，并报告显着广泛和结构化的共振荧光，其起源超出腔增强的边带。我们的研究结果捕捉复杂的多模，多光子过程，并出现超窄线宽。除了这里提出的新现象，MMSC在探索光-物质相互作用方面开辟了一个重要的新方向。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity Mediated Collective Spin Exchange Interactions in a Strontium Superradiant Laser
激光冷却和量子简并原子被广泛地用作量子模拟器，可以解释强相关材料系统的行为，并作为当今最精确的传感器的基础。实现这些目标的一个关键挑战是理解和控制原子之间的相干相互作用。在这里，我们观察到远程交换相互作用介导的光学腔，这表现为可调自旋自旋相互作用的赝自旋1/2系统组成的毫赫兹线宽时钟过渡锶。我们观察到所谓的一轴扭转动力学，出现了多体能隙，和签名的间隙保护的光学相干性对某些来源的退相干。这些效应表现在输出的脉冲，超辐射激光器上的毫赫兹线宽过渡。我们的观察将有助于在未来设计的多功能量子模拟器，利用独特的控制和探测能力的腔QED和丰富的内部结构的长寿Sr原子。它们还为下一代利用量子相关性增强计量学的原子钟开辟了一条道路。
2017-11-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Kondo QED: The Kondo effect and photon trapping in a two-impurity Anderson model ultra-strongly coupled to light
本文提出结合Kondo效应与光物质超强耦合的“Kondo QED”系统，利用分层运动方程方法发现超强耦合会抑制Kondo共振并引发光子积累效应，为同时控制这两种效应奠定了基础。
2023-07-19 cond-mat.str-el quant-ph
Circuit QED with a Giant Atom Coupling to Left-handed Superlattice Metamaterials
本文首次研究巨原子与左手超晶格超材料的电路量子电动力学，揭示非对称带隙下自发辐射、非马尔可夫束缚态及双发射体拉比振荡等干涉动力学特性。
2024-02-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
