Parallel-Electromagnetically-Induced-Transparency Near Ground-State Cooling of a Trapped-ion Crystal
我们从理论上提出并实验证明了保罗阱中离子晶体的平行电磁感应透明（平行EIT）冷却技术。与标准的电磁感应透明（EIT）冷却相比，它对冷却共振条件的要求不那么严格，因此原则上允许同时冷却具有任意范围的动模谱。实验证明了这种冷却方案的原理验证，最多可捕获4个40 Ca+离子。我们观察到的最佳平均声子数约为0.2的所有运动模式的同时近基态冷却。通过在大范围内调谐陷阱频率以模拟宽带运动模式谱，我们仍然可以达到几乎相同的冷却极限，而标准EIT冷却显示有限的冷却范围。我们的方法具有简单的实验配置，仅需要标准EIT冷却的探测束的适当调制，并且可以应用于各种类型的离子（例如，~（171）Yb ~+，~（40）Ca ~+）。这种冷却方案为囚禁离子量子计算机和模拟器的初始化提供了强有力的工具。
2021-12-02 quant-ph
Electromagnetically induced transparency in an isotopically purified Nd$^{3+}$:YLiF$_4$ crystal
本文报道了在纯Nd $^{3+}$：YLiF $_4$晶体中首次观察到的电磁感应透明现象。该晶体展示了约35MHz的光学跃迁的不均匀加宽。EIT是在对称的$Λ$类系统中观察到的，该系统由两个对应于零一阶塞曼（ZEFOZ）跃迁的基态超精细子能级和一个不与其他基态子能级耦合的激发态超精细子能级形成。研究发现，探测场的透射率随双光子失谐量的变化呈现梳状结构，这是由于Nd $^{3+}$离子与氟原子核之间的超超精细耦合所致.所观察到的结构可以解决只有在ZEFOZ点附近的均匀线宽的自旋跃迁是足够小的。研究结果为实现基于非共振拉曼相互作用的固态量子存储器而无需对光学跃迁进行光谱剪裁铺平了道路。
2018-06-11 physics.atom-ph 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
Control and manipulation of electromagentically induced transparency in a nonlinear optomechanical system with two movable mirrors
我们考虑一个由两个移动反射镜组成的光机械腔，其中包含一个克尔下转换非线性晶体。结果表明，两个机械振荡器的相干振荡可以导致电磁感应透明（EIT）共振的分裂，并在透明窗口内出现吸收峰。在这种结构中，相干诱导的EIT分裂类似于在原子的λ型三能级系统中用射频或微波场驱动超精细跃迁。此外，我们表明，存在的非线性提供了一个额外的灵活性，调整的透明度窗口的宽度。一个额外的机械模式和非线性晶体的组合提出了新的可能性，用于调整共振频率，宽度和光谱位置的EIT窗口，以及增强的吸收峰内的透明度窗口。
2013-06-24 quant-ph
Two-dimensional optomechanics formed by the graphene sheet and photonic crystal cavity
我们从理论上研究了在一维光机械晶体上悬挂石墨烯片形成的二维光机械系统中的光子传输和机械基态冷却。当石墨烯谐振器和纳米梁谐振器（光机械晶体的声子模）的频率近似相同时，$Λ$型简并二维光机械四能级系统呈现双色光机械诱导透明，并且透明窗口可以在探测信号的吸收、透明和放大之间切换.根据我们的计算，石墨烯谐振器也可以有效地辅助基态冷却的大阻尼纳米梁谐振器在二维光力学。
2018-06-07 cs.IT math.IT quant-ph
Electromagnetically-Induced-Transparency Cooling with a Tripod Structure in a Hyperfine Trapped Ion with Mixed-Species Crystals
针对超精细结构离子难以实现标准EIT冷却的问题，提出通过添加额外激光频率在25Mg+上实现EIT冷却的方法，并成功在混合物种晶体中演示了所有轴向模式的同步冷却。
2024-08-23 physics.atom-ph quant-ph
Modeling near ground-state cooling of two-dimensional ion crystals in a Penning trap using electromagnetically induced transparency
潘宁陷阱，具有控制数十到数百个离子的平面晶体的能力，是多功能的量子模拟器。横向于离子晶体平面的运动鼓面模式的热占据降低了量子模拟的质量。利用电磁感应透明的激光冷却（EIT冷却）作为一种快速将鼓面模初始化到接近基态占据的有效方法是有吸引力的。我们数值研究的效率EIT冷却平面离子晶体中的潘宁陷阱，占所产生的复杂性的陷阱的性质和从同时冷却的多个离子。我们表明，尽管面临挑战，鼓面模式（数百千赫）的大带宽可以迅速冷却到近基态职业在几百微秒。我们的预测的质量中心模式包括几十微秒的冷却时间常数和增强的冷却速率与离子的数量增加。NIST潘宁阱中EIT冷却的成功实验演示[E. Jordan，K. A. Gilmore，A. Shankar，A. Safavi-Naini，M. J. Holland和J. J. Bollinger，“近基态冷却的二维捕获离子晶体超过100个离子”，（2018），提交。验证我们的预测。
2018-09-18 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus physics.atom-ph
Coupled quantum electrodynamics in photonic crystal nanocavities
我们发现，一个可扩展的光子晶体纳米腔阵列，其中单个嵌入的量子点相干相互作用，可以作为一个通用的单操作量子门。在被动系统中，观察到电磁感应透明的光学模拟。在阵列中存在一个单一的两级系统显着控制的光谱线型。当每个腔与一个二能级系统耦合时，我们的方案实现了高保真度和低光子损耗的双量子比特门操作，即使在坏腔极限和非理想失谐和退相干。
2007-10-31 quant-ph
Universal hyperparallel hybrid photonic quantum gates with dipole-induced transparency in the weak-coupling regime
研究了金刚石氮空位中心在双波导耦合光子晶体腔中的偶极诱导透明（DIT）现象，发现即使在坏腔区（Purcell区），耦合腔和非耦合腔对圆偏振光的反射率和透射率也存在明显的差异.利用该DIT，我们提出了两个通用的超并行混合光子量子逻辑门，包括一个混合超控制非门和一个混合超Toffoli门，它们分别在光子系统的偏振和空间模式自由度上工作，相当于两个相同的量子逻辑门在一个自由度上同时工作.在多自由度多比特系统的量子信息协议中，它们可以用较少的资源完成更多的量子操作，从而降低资源消耗和光子损耗。此外，在弱耦合区，它们对非对称环境噪声的鲁棒性比在一个自由度中集成两个级联的量子逻辑门更好。
2015-04-01 quant-ph
Nanophotonic coherent light-matter interfaces based on rare-earth-doped crystals
量子光物质接口（QLMIs）将静态量子比特连接到光子，将使光网络能够用于量子通信，精确的全球时间保持，光子开关和基础物理学研究。稀土离子掺杂晶体是光量子存储器和光子、微波光子和自旋波之间的量子转换器的最新材料。在这里，我们展示了耦合的钕稀土元素的合奏光子纳米腔中制造的钇正硅酸盐主晶体。在高相干的4 I_（9/2）-4F_（3/2）光跃迁中观察到了包括Purcell增强（F=42）和偶极诱导透明的腔量子电动力学效应。由于原子密度的统计精细结构的腔传输的波动进行测量，表示在量子水平上的操作。腔耦合REI的相干光学控制通过光子回波来执行。长的光学相干时间（T2~100微秒）和小的非均匀加宽测量的腔耦合REI，从而证明了它们的潜力，在芯片上可扩展的QLMIs。
2015-07-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photon molecules in atomic gases trapped near photonic crystal waveguides
实现支持单个光子之间的鲁棒、可控相互作用的系统是非线性光学的一个令人兴奋的前沿。为此，最近出现的一种方法是利用原子相互作用在光子之间产生强烈的空间非局域相互作用。特别是，有效的相互作用已经成功地通过激发到里德堡能级的原子之间的相互作用。在这里，我们研究了另一种方法，其中原子相互作用通过它们与光子晶体波导的共同耦合而产生。这种技术利用了通过结构本身的色散工程分别定制相互作用的强度和范围的能力，这可以导致定性的新类型的现象。作为一个例子，我们讨论了相关透明窗口的形成，其中一定数量和形状的光子态选择性地通过系统传播。通过这种技术，我们特别表明，人们可以创建类似分子的潜力，导致光子对的分子束缚态。
2015-11-03 quant-ph
Controlling two-dimensional Coulomb crystals of more than 100 ions in a monolithic radio-frequency trap
本研究在新型单片射频阱中实现约100个$^{40}$Ca$^+$离子的二维平面库仑晶体制备与表征，验证了其结构稳定性，并将105个离子的面外运动模式冷却至近基态，为二维自旋模型量子模拟奠定基础。
2023-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Double-EIT Ground-State Cooling of Stationary Two-Dimensional Ion Lattices
本文从理论和实验上研究了Paul阱中二维离子晶体的双电磁感应透明冷却。观察到双EIT基态冷却的\Yb离子与时钟状态，EIT冷却尚未实现像许多其他离子与一个简单的$Λ$ -方案。对于单个离子，观察到$\dot{\bar n}=34~(\pm1.8)~\rm{ms}^{-1}$的冷却速率和$\bar n=0.06~(\pm 0.059)$的冷却极限。测得的冷却速率和极限与理论预测一致。我们应用双EIT冷却的横向模式的二维（2D）晶体与多达12个离子。在我们的二维晶体中，微动和横模方向是垂直的，这使得它们解耦。因此，横向模上的冷却不受微动的干扰，这在我们的实验中得到了证实。对于12离子晶体的质心模式，我们观察到的冷却速率和冷却极限是一致的，与一个单一的离子，包括加热速率成比例的离子的数量。这种方法可以扩展到其他超精细量子比特，并且具有大量离子的静止2D晶体的近基态冷却可能会推进量子信息科学领域。
2021-05-10 physics.atom-ph quant-ph
Transparent Gatable Superconducting Shadow Junctions
门极可调结是基于超导-半导体混合材料的量子器件中的关键元件。它们具有多种用途，从隧道光谱探针到门控子和拓扑量子位中的电压控制量子位操作。共同点是，结透明度起着关键作用。在这项研究中，我们生长单晶InAs，InSb和$\mathrm{InAs_{1-x}Sb_x}$纳米线与外延超导体和原位阴影结在一个单步分子束外延过程。我们调查的制造参数，结的形态，和电子输运特性的交界处之间的相关性，并表明，检查在原位阴影结的质量显着高于蚀刻结。通过改变阴影结的边缘锐度，我们表明，最尖锐的边缘产生最高的结透明度为所有三个检查半导体。此外，临界超电流测量揭示了非常高的$I_\mathrm{C} R_\mathrm{N}$，接近KO $-$ 2极限。这项研究展示了一个有前途的工程路径可靠的门可调超导量子比特。
2020-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
