Hybrid microwave-optical scanning probe for addressing solid-state spins in nanophotonic cavities
基于固态原子缺陷的自旋-光子界面在量子信息处理中有着广泛的应用。为了最大化光-物质耦合强度，通常在纳米器件内部放置缺陷。将光和微波辐射有效地耦合到这些结构中是一项实验挑战，特别是在样品访问受限的低温或高真空环境中。在这项工作中，我们展示了一个基于光纤的扫描探针，同时耦合到一个平面光子电路的光，并提供高功率微波驱动电子自旋跃迁。光学部分实现了46%的单向耦合效率，而微波部分提供了强度高达9高斯的交流磁场。整个探头可以在$^3$ He低温恒温器内的大量设备上进行扫描，而无需自由空间光学访问。我们证明了这种技术与硅纳米光子电路耦合到单个Er $^{3+}$离子。
2020-12-11 physics.optics quant-ph
High-Q/V two-dimensional photonic crystals cavities in 3C-SiC
固态量子发射器是量子技术中最有希望产生单光子的候选者。然而，它们受到退相干效应的影响，这限制了它们的效率和不可逆性。例如，在大多数色心的零声子线（ZPL）中发射的辐射大约为百分之几（例如金刚石中的$NV^-$中心，SiC中的$V_{Si}V_{C}$），限制了单光子的发射速率以及效率。与此同时，以集成方式与光子进行可靠的接口仍然是金刚石和SiC技术的挑战。在这里，我们开发的光子晶体腔的Q值在7,100的顺序在3C SiC。我们讨论了这种高限制腔如何能够显着提高零PL中发射的光子的比例，并改善其特性。特别是，提高的效率和改进的不可逆性可以为固态量子技术开辟道路。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum information processing using Josephson junctions coupled through cavities
约瑟夫森结已被证明是一种很有前途的固态系统，用于实现量子计算。重要的两量子比特门通常通过最近的相邻量子比特之间的电容耦合来实现。我们提出了一个有效的哈密顿量来描述通过腔耦合的电荷量子比特。我们发现，非平凡的两个量子比特门可以实现这种耦合。在所提出的方案中，局域电荷量子比特和飞行量子比特相互转换的能力意味着量子网络可以使用这个大的可扩展的固态系统来构建。
2003-07-16 quant-ph
Effect of Many Modes on Self-Polarization and Photochemical Suppression in Cavities
腔修饰分子反应的标准描述通常涉及单一（共振）模式，而实际上量子腔支持一系列光子模式。在这里，我们证明，作为更多的光子模式占，物理化学现象可以显着改变，所示的重要和普遍存在的质子耦合电子转移过程的腔诱导抑制。使用多轨道Escherichfest处理的光子模式，我们发现，自极化效应变得至关重要，我们引入了自极化修改的玻恩-奥本海默表面的概念作为一个新的结构来分析动力学。随着腔光子模式数量的增加，这些表面与无腔Born-Oppenheimer表面的偏差增加，以及这些表面的加宽带内的光子发射和吸收之间的相互作用，导致增强的抑制。目前的研究结果是一般性的，并将有影响的描述和控制腔驱动的物理过程中的分子，纳米结构和固体嵌入腔。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
A large-scale one-way quantum computer in an array of coupled cavities
基于封闭相空间中任意态腔场的相干位移，提出了一种在二维耦合腔阵列中实现大规模单向量子计算机的有效方法.由于非平凡的几何相移仅在最近邻腔中的量子比特之间累积，因此可以在短时间内创建大规模的2D团簇态。我们讨论了我们的方法用于尺度固态量子计算的可行性
2013-08-29 quant-ph
Quantization of quasinormal modes for open cavities and plasmonic cavity-QED
我们引入了基于准正规模的第二量子化方案，准正规模是具有复本征频率的泄漏光学腔和等离子体共振器的耗散模。该理论使任意三维耗散共振器的多等离子体/光子Fock态的建设，并给出了一个坚实的理解的限制现象耗散Jaynes-Cummings模型。在一般情况下，我们展示了不同的准正规模式如何通过非对角模式耦合干涉，并演示了这些结果如何影响腔修改的自发发射。为了说明理论的实际应用，我们使用金纳米棒二聚体和混合电介质-金属腔结构的例子。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Slot-waveguide cavities for optical quantum information applications
要将现有的量子光学实验和设备应用于更实用的领域，需要构建鲁棒的固态实现。特别地，为了观察原子-光子相互作用的强耦合区域，需要非常小的腔和大的品质因数。在这里，我们表明，最近推出的光子应用的槽波导几何形状也是有前途的量子光学应用在可见光区。我们研究了与金刚石色心（例如氮空位（NV）缺陷）兼容的基于金刚石和GaP的缝隙波导腔（SWCs），并表明可以在超小腔模体积中实现O（10^11）Hz量级的增加的单光子拉比频率，比先前研究的基于金刚石的光子晶体腔小近2个数量级。
2009-04-27 quant-ph
Nonreciprocal magnon blockade based on nonlinear effects
East China Jiaotong University（华东交通大学）
本文提出利用两个微波谐振腔和一个钇铁 garnet 球体构成的混合系统，通过非线性耦合实现非互易的非常规磁子阻塞，展示了非线性效应在单个磁子资源制备中的应用。
2026-04-28 quant-ph
Proposal for a loophole-free Bell test based on spin-photon interactions in cavities
我们提出了一个方案来证明无环洞的贝尔不等式破坏，其中光子对之间的纠缠转移到固态（自旋）量子比特通过腔QED相互作用。由于这种传输可以以一种预示的方式实现，因此我们的方案基本上对信道上的损耗不敏感。这使得基于非局域性的量子信息协议的实现，如与设备无关的量子密钥分发，变得非常有吸引力。我们考虑潜在的实验实现我们的计划使用单原子，色心和量子点腔系统。
2013-10-10 quant-ph
Quantum gate for Q switching in monolithic photonic bandgap cavities containing two-level atoms
光子带隙腔是研究强耦合条件下光与物质相互作用的主要固态系统。然而，由于腔由周期性电介质图案的几何形状限定，单片结构中的腔控制可能是有问题的。因此，要么状态相干性受到读出通道的限制，要么在高Q腔中，它几乎与外部世界解耦，使得状态的测量极具挑战性。我们在这里提出了一种方法，用于改善这些困难，通过使用耦合腔的安排，其中一个腔作为一个开关的其他腔，通过控制原子跃迁调谐。
2005-11-11 quant-ph
Dynamically controlling the emission of single excitons in photonic crystal cavities
半导体微腔中的单个激子代表了腔量子电动力学（c-QED）的固态和可扩展平台，可能在未来的量子网络中实现飞行（光子）和静态（激子）量子比特之间的接口。虽然已经证明了单光子发射和强耦合机制，但由于无法实时控制c-QED系统的相干演化，进一步的进展受到阻碍，因为需要产生和利用电荷光子纠缠。在这里，使用超快电调谐的激子能量在一个光子晶体（PhC）二极管，我们展示了一个单一的激子的耦合到一个PhC腔模式上的一个子ns的时间尺度上的动态控制，快于激子的自然寿命，为第一次。这为量子接口所需的单光子波形控制和固态c-QED系统的实时控制开辟了道路。
2014-11-03 physics.optics quant-ph
Schrödinger cats coupled with cavities losses: the effect of finite and structured reservoirs
本文研究纳米腔中薛定谔猫的产生及其受有限和结构化库损耗的影响，发现有限库碎片传递相同信息，结构化库导致非马尔可夫振荡并影响信息流。
2024-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tip-enhanced quantum-sensing spectroscopy for bright and reconfigurable solid-state single-photon emitters
通过尖端增强量子传感光谱法，实现对六方氮化硼中单光子发射体的高灵敏度和可重新配置的量子传感。
2025-11-26 quant-ph
On-chip cavity quantum phonodynamics with an acceptor qubit in silicon
我们描述了一个基于芯片的，固态模拟腔QED利用声学声子，而不是光子。我们展示了硅纳米机械腔中的长寿命和可调谐受主杂质态如何发挥相干声子的物质非线性的作用，例如，约瑟夫森量子比特在电路量子电动力学中起作用。在1 - 20 GHz范围内的腔中可以达到强耦合（拉比振荡数~100）和强色散耦合（0.1 - 2 MHz）机制，从而能够控制单个声子、声子-声子相互作用、受体量子位的色散声子读出以及与其他光学机械组件（如声子-光子翻译器）的兼容性。我们预测明确的实验签名的受体腔系统。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid spin-phonon architecture for scalable solid-state quantum nodes
该研究提出了一种混合自旋-声子架构，通过光子和声子通道实现多自旋相互作用，实现了高保真度的两量子位受控-Z门和高保真度的Dicke态生成，为固态量子系统中的可扩展量子纠缠研究提供了新路径。
2025-07-26 quant-ph
Enhancing the spin-photon coupling with a micromagnet
涉及固态自旋和超导微波腔的混合量子系统在量子科学和技术中起着至关重要的作用，但在单量子水平上改善自旋-光子耦合仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种简单的技术，通过磁性微球强耦合到超导共面波导（CPW）腔中的微波光子的单个固态自旋。结果表明，通过附近微磁体的虚磁子激发，可以实现单自旋能级的强耦合。自旋-光子耦合强度通常可以比不使用微磁体的自旋-光子耦合强度提高四个数量级。这一工作可应用于强耦合固态自旋光子系统的量子信息处理。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
One-dimensional electron localization in semiconductors coupled to electromagnetic cavities
本文研究一维半导体在单模电磁腔中的局域化电导变化，利用修正的格林函数方法揭示Fano共振及浅束缚态能量抬升，从而增强低温电导。
2023-11-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Pulse shaping by coupled-cavities: Single photons and qudits
腔与量子网络的动态耦合是基于腔量子电动力学的分布式量子信息处理方案的重要研究内容。这可以通过主动调谐中介原子-腔系统来实现。特别地，我们考虑了两个耦合腔之间的动态耦合，每个腔与一个二能级原子相互作用，通过调谐其中一个原子来实现。一个原子场系统可以被控制成与其对应物最大和最小耦合，从而允许高保真激发约束、Q开关和可逆态传输。作为一个应用程序，我们首先表明，简单的调谐可以导致发射近高斯单光子脉冲，这是显着不同的，从通常的指数衰减在一个被动腔为基础的系统。详细的数值模拟研究了腔损耗和原子自发发射的影响，显示了这些方案的实用性，在目前的实验技术范围内的固态环境。然后，我们表明，当该技术被用于一个扩展的耦合腔方案，涉及多能级原子，任意的时间叠加的单光子可以在一个确定性的方式工程。
2009-09-10 quant-ph
Probing biological light-harvesting phenomena by optical cavities
我们提出了一个驱动的光腔量子电动力学（QED）设置旨在直接探测光合生物分子的能量传输动力学。我们表明，有关能量转移路径和激子态的离域的详细信息可以推断（和激子能量估计）从所发射的光子的统计特性。这种方法为我们提供了一种新的光谱工具，用于询问生物系统的量子光学现象，通常用于原子或固态系统，例如被困原子和半导体量子点。
2011-10-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.optics
Hybrid Integration of GaP Photonic Crystal Cavities with Silicon-Vacancy Centers in Diamond by Stamp-Transfer
本文提出利用印章转移技术将磷化镓光子晶体腔与金刚石中硅空位中心集成，避免了金刚石刻蚀，实现了高达8900的腔品质因子和单缺陷共振激发，为量子网络提供了强光子-缺陷相互作用平台。
2022-12-13 physics.optics quant-ph
Triply Resonant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Unconditional Photon Blockade
Department of Physics, University of Washington（华盛顿大学物理系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Washington（华盛顿大学电气与计算机工程系）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；CUNY Graduate Center（纽约市立大学研究生中心）；Department of Physics, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校物理系）；Center for Scientific Computing and Data Science Research, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校科学计算与数据科学研究中心）
研究三重共振纳米束谐振腔在硅光子平台上实现无条件光子阻塞的可行性，通过高Q值和有效模式体积实现单光子非线性效应。
2026-03-20 physics.optics quant-ph
Non-linear and quantum optics of a type II OPO containing a birefringent element Part 1: Classical operation
本文从理论上描述了含双折射片的II型光学参量振荡器（OPO）的稳态特性。在这样的器件中，信号波和闲频波同时被板线性耦合和被$χ^{(2)}$晶体非线性耦合。这种混合耦合允许在控制参数的某个明确定义的范围内进行频率退化操作以及在信号模式和空闲模式之间进行锁相。我们在这里描述一个完整的模型，考虑到所有可能的影响，在系统中，\emph{i.e.}任意旋转的波片，非完美的相位匹配，环形和线性腔。该模型能够解释用该系统进行的实验的详细特征。
2004-05-11 quant-ph
Nanodot-Cavity Electrodynamics and Photon Entanglement
腔中激子的量子电动力学与量子操作有关。提出了一种利用纳米点-微腔-光纤耦合结构实现双光子纠缠的可积固态量子控制相位门理论。计算了$O(π/10)$的条件相移是腔中激子键控的巨大光学非线性的结果。结构设计和主动控制，如电磁感应透明和脉冲整形，优化了门操作的量子效率。
2003-12-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
High Purcell-enhancement in quantum-dot hybrid circular Bragg grating cavities for GHz-clockrate generation of indistinguishable photons
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过混合圆布拉格光栅实现高普尔次增强的量子点，实现GHz重复率的不可区分光子生成。
2026-02-10 quant-ph
Suppressing Spectral Diffusion of the Emitted Photons with Optical Pulses
在许多量子体系结构中，固态量子比特，如量子点或色心，通过发射光子连接。然而，由固态系统发射的光子的频率随着时间的推移表现出缓慢的不可控的波动（光谱扩散），这为光子介导的协议的实施带来了严重的问题。在这里，我们表明，施加到固态发射器的光脉冲序列可以稳定在所需的频率的发射线。我们证明了效率，鲁棒性和可行性的方法分析和数值。以金刚石中的氮空位（NV）中心为例，我们证明了只有几个脉宽为1 ns，间隔几ns的脉冲（这并不难实现）才能抑制光谱扩散。我们的方法提供了一个简单而强大的方法，大大提高了效率的光子介导的纠缠和/或耦合到光子腔的固态量子比特。
2015-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Heralded Emission Detection in InAs/ZnSe Quantum Dot Solids Using Time-Correlated Photons
本研究利用超导纳米线单光子探测器和大面积光电二极管，在低温下实现InAs/ZnSe量子点固体的 heralded 发射检测，揭示了激子寿命和精细结构能级分裂，为量子光谱学提供了新的研究平台。
2025-11-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High speed quantum gates with cavity quantum electrodynamics
用于量子门的腔量子电动力学方案是最早的量子计算方案之一。尽管不断取得进展，最近戏剧性的光子封锁的演示，仍然有问题的最佳耦合和门操作涉及高质量的腔。在这里，我们展示了动态控制技术，允许可扩展的腔QED基于量子门，使用腔的全带宽。当应用于量子门时，这些技术允许在操作速度上增加一个数量级，并且在腔Q上减少两个数量级，超过被动腔QED架构。我们的方法利用基于斯塔克位移的Q开关，非常适合固态集成光学方法的量子计算。
2009-04-16 quant-ph
Two-photon interference from independent cavity-coupled emitters on-a-chip
固态量子发射体和腔体之间的相互作用对于量子通信、线性光学量子计算、非线性光子学和光子量子模拟中的广泛应用是重要的。这些应用通常需要在单个芯片上组合具有相同发射波长的许多器件，以产生双光子干涉，这是实现有效光子-光子相互作用的主要机制。由于不均匀加宽和制造误差使发射器和腔体的谐振频率随机化，这种集成仍然极具挑战性。在这封信中，我们展示了来自同一芯片上的独立腔耦合发射器的双光子干涉，为这个长期存在的问题提供了一个潜在的解决方案。我们克服了由于制造误差不同的腔之间的光谱失配沉积和局部蒸发一薄层的冷凝氮。我们集成了光学加热器，将每个腔体内的各个点调谐到相同的谐振，精度优于3 μeV。结合这些调谐方法，我们证明了在同一芯片上间隔小于15 μm的两个器件之间的双光子干涉，选择后的可见度为33%。这些结果为在同一芯片上集成多个量子光源以开发量子光子器件铺平了道路。
2016-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multiple intrinsically identical single photon emitters in the solid-state
难以区分的单光子发射器对于不断发展的量子技术领域至关重要。为了实现可扩展性并增加量子光学技术的复杂性，还需要多个独立但相同的单光子发射器。然而，典型的固态单光子源本质上是不同的，需要使用电反馈或光学腔来改善不同发射器之间的光谱重叠。在这里，我们展示了明亮的硅空位（SiV-）中心，在低应变散装金刚石本质上显示高达91%的光谱重叠和近变换限制激发线宽。我们的研究结果对单光子源在量子光学和密码学中的应用以及下一代生物成像荧光团的生产产生了影响。
2014-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Cavity quantum-electrodynamical polaritonically enhanced electron-phonon coupling and its influence on superconductivity
迄今为止，激光对固体的控制主要是在泵浦-探测框架中的强经典非线性光-物质耦合的背景下讨论的。在这里，我们提出了一个量子电动力学的设置，以解决耦合的低维量子材料量子腔中的量子化电磁场。利用一个描述FeSe/SrTiO $_3$电子-声子长程前向散射的原型模型系统，我们研究了在材料的二维界面处声子极化激元的形成如何改变Migdal-Eliashberg模拟中的有效耦合和超导性质。我们发现，通过高度极化的偶极声子，大的腔增强的电子-声子耦合是可能的，但超导性没有增强的前向散射配对机制，由于耦合增强和模式软化之间的相互作用。耦合和模式频率的临界温度的依赖关系的分析表明，腔增强超导性是可能的更传统的短程配对机制。我们的研究结果表明，量子腔使工程的基本耦合在固体铺平了道路，以前所未有的控制材料的性能。
2018-06-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum state transfer via acoustic edge states in a 2D optomechanical array
我们提出了一种新的混合平台，其中固态自旋量子比特耦合到二维阵列的光机械纳米腔的声学模式。耦合光机械腔的先前研究表明，在强光驱动场的存在下，光子-声子相互作用和它们各自的腔间跳跃之间的相互作用允许产生声和光的拓扑相位。特别是，机械模式可以进入陈氏绝缘体阶段的时间反演对称性被打破。在这种情况下，我们利用强大的声学边缘状态作为手性声子波导，并描述了位于遥远的腔体中的自旋量子比特之间的状态传输协议。我们分析了该协议的相关系统参数的函数的性能，并表明，高保真度和纯单向量子态传输可以在实验现实的条件下实现。作为一个具体的例子，我们讨论了这样的拓扑量子网络在金刚石为基础的光机械晶体中的点缺陷，如硅空位中心耦合到手性声通道通过应变的实现。
2019-07-09 quant-ph
An integrated whispering-gallery-mode resonator for solid-state coherent quantum photonics
定制的光子腔允许增强光-物质相互作用，最终创建完全相干的量子界面。在这里，我们报告一个集成的微盘腔含有自组装量子点相干路由不同的接入波导之间的光子。我们测量了腔品质因数约为10，000的Purcell因子$F_{exp}=6.9\pm0.9$，使我们能够观察到量子点的光子相干散射的清晰特征。我们展示了这个集成系统如何可以相干地重新路由之间的下降和总线端口的光子，以及如何控制这种路由的失谐的量子点和谐振器，或通过激发光束的强度，其中一个临界光子数小于一个光子每个寿命是必需的。我们讨论了这种方法的优点和局限性，重点是如何相干散射和单光子非线性可以用来提高量子设备，如路由器或贝尔状态分析仪的效率。
2021-07-27 quant-ph
Single-Photon Switching and Entanglement of Solid-State Qubits in an Integrated Nanophotonic System
光子和量子发射器之间的有效界面形成了量子网络的基础，并使非线性光学器件能够在单光子水平上工作。我们展示了一个集成的平台，可扩展的量子纳米光子学的基础上硅空位（SiV）的色心耦合到纳米级金刚石器件。通过在金刚石光子晶体腔内放置SiV色心，实现了单色心控制的量子光开关。我们使用SiV亚稳态轨道状态控制开关，并通过光子相关测量在单光子水平上验证光开关。我们利用拉曼跃迁在金刚石波导中实现了频率和带宽可调的单光子源。最后，我们通过检测发射到单个波导中的不可分辨的拉曼光子来创建两个SiV中心之间的纠缠。利用光子相关测量中观察到的一种新的超辐射特征验证了纠缠，为量子网络的实现铺平了道路。
2016-08-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electrically Reconfigurable Silicon Carbide Nanophotonic Cavities on Thin-Film Lithium Niobate
The 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本研究构建了混合纳米光子平台，通过键合SiC纳米腔阵列到LNOI实现电调谐，以补偿腔无序与自旋非均匀性，为大规模集成量子光子学提供可重构自旋-光子接口
2026-08-04 physics.optics quant-ph
A solid state light-matter interface at the single photon level
量子信息在光与物质之间的相干可逆映射是量子信息科学中的一个重要实验挑战。特别是，它是实现量子网络和量子中继器的决定性里程碑。到目前为止，光和原子之间的量子界面已经用原子气体和腔中单个被困原子来证明。在这里，我们展示了一个光场的相干和可逆的映射，每个脉冲不到一个光子到一个自然被困在固体中的1000万个原子的系综。这通过在适当制备的固态原子介质中相干吸收光场来实现。光的状态被映射到集体原子激发上的光学跃迁和存储的预编程的时间高达1 μ s之前，被释放在一个定义良好的时空模式作为一个集体干涉的结果。通过对两个相位关系可变的存储弱脉冲进行干涉实验，验证了该过程的相干性。获得了大于95%的亮度，这表明在单光子水平上的映射过程的高相干性。此外，我们的实验表明，我们的接口允许一个存储和检索光场在多个时间模式。我们的研究结果代表了在固体中的单光子水平上的集体增强的首次观察，并开辟了多模固态量子存储器作为原子气体的有前途的替代品的道路。
2008-10-03 quant-ph
Quantum super-cavity with atomic mirrors
我们研究了耦合微腔阵列中的单光子输运，其中两个二能级原子系统嵌入在阵列的两个单独的腔中。我们发现单光子可以被一个二能级系统全反射。然而，两个独立的二能级系统也可以在它们之间产生单光子准束缚态。因此，腔阵列中的单个两级系统可以充当反射镜，而不同类型的腔可以通过在阵列中的两个单独的腔内部使用充当可调谐“反射镜”的两个两级系统来形成。类似于固态的超晶格，我们称这种新的“耦合腔阵列中的腔”为超腔。这种超腔是法布里-珀罗干涉仪的量子模拟。此外，我们还证明了这种量子超腔的物理性质可以通过改变这些二能级系统的频率来调节。
2008-12-17 quant-ph
Superconducting Qubits Coupled to Nanoelectromechanical Resonators: An Architecture for Solid-State Quantum Information Processing
我们描述了一种可扩展的固态量子信息处理架构的设计，该架构基于GHz频率纳米机械谐振器与约瑟夫森隧道结的集成，该谐振器有可能演示对量子计算至关重要的各种单量子位和多量子位操作。计算量子位是大面积电流偏置约瑟夫森结的本征态，使用选通的外部电路进行操纵和测量。这些相位量子位中的两个或更多个被电容耦合到高品质因数压电纳米机电盘谐振器，该谐振器形成了我们架构的支柱，并且能够实现量子位的相干耦合。集成系统类似于电磁腔（纳米机械谐振器）中的一个或多个少能级原子（约瑟夫森结量子比特）。然而，与现有的在电磁腔中使用原子的方法不同，这里我们可以单独调整“原子”的能级间距并控制它们的“电磁”相互作用强度。我们从理论上证明了在约瑟夫森结中制备的量子态可以传递到纳米机械谐振器并存储在那里，然后可以传递回原始结或以高保真度转移到另一个结。该谐振器还可以用来在一对约瑟夫森结之间产生最大纠缠的贝尔态。许多这样的结谐振器复合体可以组装成轴辐式布局，从而形成大规模的量子线路。我们提出的架构结合了固态和腔量子电动力学方法的理想功能，并可以使量子信息处理可能在一个可扩展的，固态的环境。
2004-09-26 quant-ph
Stark Echo Modulation for Quantum Memories
用于光学和微波光子的量子存储器在量子处理和通信中提供关键功能。在这里，我们提出了一个协议，以及适合于固态集成为基础的存储器耦合到腔。它被称为斯塔克回声调制存储器（SEMM），并允许大的存储带宽和低噪声。这是通过线性斯塔克效应以类似回波的序列与由小电场引起的相移相结合来实现的。我们研究了稀土核自旋的协议，并发现了与单光子水平操作兼容的不需要的集体发射的高度抑制。宽带存储连同高保真度的斯塔克检索过程中也被证明。SEMM可用于将光学或微波光子存储在离子和/或自旋中。这包括金刚石和稀土掺杂晶体中的NV中心，它们是最有前途的固态量子存储器。
2016-02-01 quant-ph
A Universal Topological Platform for Nonreciprocal Spin-Photon Interface in Solid-State Quantum Networks
Zhejiang Key Laboratory of Quantum State Control and Optical Field Manipulation, Department of Physics, Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学物理系量子态控制与光场调控浙江省重点实验室）
本文提出了一种基于单壁碳纳米管微环的等离子体平台，利用Tomonaga-Luttinger液体实现强光-物质耦合、确定性非 reciprocal 光子路由和高效提取，通过拓扑保护实现高保真度的自旋-光子纠缠。
2026-05-07 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
Arrays of open, independently tunable microcavities
光学腔在物理学的许多领域都具有核心重要性，包括精密测量、腔光学力学和腔量子电动力学。大量站点的扩展和缩放对于这些应用中的许多应用是感兴趣的，特别是对于量子计算和模拟。在这里，我们提出了第一个缩放的微腔系统，它能够使用离子，中性原子或固态量子位创建大量的高度均匀，可调的光-物质界面。微腔是通过硅微制造的方式产生的，直接耦合到光纤，可以独立地调谐到所选频率，为任意大的光学微腔网络铺平了道路。
2014-08-06 quant-ph
Indistinguishable telecom band photons from a single erbium ion in the solid state
本研究将Er³⁺注入CaWO₄以降低光谱扩散，实现了固态单个铒离子产生的不可区分电信波段光子，观测到高可见度Hong-Ou-Mandel干涉与长自旋弛豫时间，推动了电信波段量子中继器网络的构建。
2023-01-09 physics.atom-ph quant-ph
Dipolar quantum solids emerging in a Hubbard quantum simulator
本研究利用超冷磁性铒原子在Hubbard量子模拟器中实现了长程偶极相互作用，观察到从超流体到偶极量子固体的相变及多种条纹有序态，为模拟长程相互作用晶格模型开辟了新途径。
2023-08-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Photon Devil's staircase: photon long-range repulsive interaction in lattices of coupled resonators with Rydberg atoms
实现单个光子之间的强相干相互作用是科学和工程中的一个长期目标。在这篇报告中，基于最近的实验装置，我们得到了一个强的光子长程排斥相互作用，通过控制位于扩展的Jaynes-Cummings-Hubbard晶格中的不同腔中的铯原子里德伯原子之间的范德华排斥力。我们还发现了这种光子长程排斥相互作用引起的新的量子相位。例如，如果没有光子跳跃，由长程平移对称性破缺引起的光子魔鬼楼梯就会出现。如果光子跳跃发生，我们预测光子浮动的固相，由于粒子和空穴状缺陷的运动。更重要的是，对于共振情况下的大化学势，即使存在跳跃项，光子跳跃也可以被冻结。我们称这个新相为光子冻结固相。在实验中，这些预测的相位可以通过共振荧光测量极化激元的数量来检测。
2015-06-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
