A superradiant two-level laser with intrinsic light force generated gain
针对连续波超辐射激光实现难题，提出利用双色相干泵浦产生的状态依赖光力在单模腔中集中激发态原子以形成连续增益，并通过二阶累积量展开与半经典模拟确定窄带连续运行参数区间。
2023-11-03 quant-ph
Superradiant and subradiant states in lifetime-limited organic molecules through laser-induced tuning
本文提出利用激光诱导调谐将寿命受限有机分子对永久移入共振，在亚波长间距下实现超辐射与亚辐射纠缠态，为观测集体量子现象提供可扩展路径。
2023-08-15 quant-ph
Superradiance on the milliHertz linewidth strontium clock transition
今天最好的原子钟受到用来询问原子的激光频率噪声的限制。解决这个问题的一个建议是使用光学时钟跃迁作为其增益介质来产生超辐射激光器。这种激光器将充当一个有源原子钟，并且将高度不受参考腔长度波动的影响，而参考腔长度波动限制了当今最好的激光器。在这里，我们展示和表征超辐射发射的兆赫线宽时钟过渡的合奏激光冷却$^{87}$ Sr原子被困在一个高精细光学腔。我们测量的集体增强的发射率到腔模式的一个因素超过10,000相比，独立辐射原子。我们还演示了一种方法，种子超辐射发射和观察两个独立的跃迁激光之间的干涉。我们使用这种干涉来表征两个激光子系综的相对光谱特性。
2016-03-17 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant lasing in inhomogeneously broadened ensembles with spatially varying coupling
超辐射激光对光钟跃迁的理论研究预言了与裸原子线宽密切相关的极好的频率准确度和精度。当激光模式的光谱宽度比原子介质的光谱宽度大得多时，这种超辐射激光器对腔波动也是鲁棒的。最近的预测表明，这种独特的功能仍然存在，即使是一个热的，因此强烈增宽的合奏，提供有效的原子数是足够大的。在这里，我们使用二阶累积量展开的方法来研究这样的超辐射激光的功率，线宽和线位移的函数的非均匀宽度的合奏，包括空间原子内的谐振腔场耦合的变化。我们提出的条件上的原子数，泵浦和耦合强度所需的集体原子的相干性，以及可实现的激光线宽的缩放和限制的建设。
2021-10-29 quant-ph
Rugged mHz-Linewidth Superradiant Laser Driven by a Hot Atomic Beam
提出了一种基于热原子束穿过光学腔的新型超辐射激光器。我们表明，理论上的最小线宽和最大功率是最好的超相干时钟激光器的竞争力。此外，我们的系统在连续波模式下自然运行，这是迄今为止超辐射激光器难以实现的。与现有的超相干激光器不同，我们的设计简单而坚固。这使得它成为第一个广泛使用的超相干激光器的候选者，也是第一个在具有挑战性的环境中实现超相干激光器广受欢迎的应用的候选者。
2020-12-23 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant Rayleigh scattering in a ring cavity
光与原子气体的集体相互作用可以引起超辐射不稳定性。实验研究了在激光驱动的高精细度环形腔中，填充超冷热原子或凝聚原子的反向光场的突然建立。虽然来自原子云的超辐射瑞利散射通常仅在非常低的温度（即远低于$1 μ$ K）下观察到，但是环形腔的存在增强了协同性，并且允许与热达几个$10 μ$ K的热云的超辐射。在不同的温度和协同性参数的超辐射特性，使我们能够将其链接到集体原子反冲激光。
2006-10-25 quant-ph
Squeezed superradiant lasing of a quantum many-body emitter
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
本研究提出利用量子多体系统生成具有超常规量子相关性的明亮量子光，通过相干多体相互作用实现光子压缩。
2026-02-18 quant-ph
Superradiant laser: Effect of long-ranged dipole-dipole interaction
从理论上研究了长程偶极-偶极相互作用（LRDDI）对超辐射激光（SL）的影响。这种效应是由耗散过程中的原子-光子相互作用引起的。在通常用来引发光致发光的坏腔极限下，我们证明了腔光子数随原子间距离的变化而振荡。同样，原子-原子相干性交替出现符号，交替显示SL操作中的临界跃迁。这表明在一个大的原子系综中出现的集体效应的复杂性。因此，SL中的这种效应不能简单地用整个系综的一部分来解释。我们数值求解了包含空间相关LRDDI的稳态SL，并在等距原子阵列的设置下，分别在最佳原子间距处找到了最大腔光子数和最小光谱线宽。有限数量的原子的缩放显示出优于没有LRDDI的稳态SL，这允许探测窄原子跃迁，并且可能用于精确测量和下一代光学时钟。
2016-09-02 quant-ph
Frustrated Rydberg Atom Arrays Meet Cavity-QED: Emergence of the Superradiant Clock Phase
Chongqing University（重庆大学）；Chongqing Normal University（重庆师范大学）
研究通过Rydberg原子阵列与光学腔的结合，揭示了几何退化与量子光子相互作用导致的超辐射钟相现象，揭示了三重与六重钟项竞争对相变的影响。
2026-03-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Phase diagram for injection locking a superradiant laser
我们从实验和理论上研究了超辐射或坏腔激光器对外加相干驱动的响应。我们观察到两种形式的同步（注入锁定）之间的超辐射合奏和应用驱动器：一个吸引力和排斥的性质。我们解释的排斥区域所产生的更高的三维描述的原子自旋状态，存储在超辐射激光的激光相干性，而不是一个传统的良好的腔激光器中的电场的两个参数的描述。我们推导出预测行为的相图，并通过实验测量系统在不同轨迹上的响应。
2014-06-19 nlin.AO physics.atom-ph quant-ph
Nonreciprocal interactions induce frequency shifts in superradiant lasers
该研究揭示超辐射激光器中部分原子未被驱动时会出现频率偏移与线宽展宽，其源于驱动与未驱动原子间的非互易相互作用，为超辐射激光器实现及量子技术中非互易现象的应用提供参考。
2025-05-07 nlin.PS physics.atom-ph quant-ph
Laser driven superradiant ensembles of two-level atoms near Dicke's regime
本文报道了激光冷却的二能级原子系综超辐射的实验观测结果。在强驱动激光作用下，我们观察到系统沿对称轴具有超辐射。即使驱动激光与超辐射方向正交，也会发生这种情况。这种超辐射改变了自发发射，从而改变了拉比振荡。我们还研究了在几乎全反转系统中的Dicke超辐射随原子数的变化。实验结果与ab-initio，超越平均场计算定性一致。
2021-07-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Frequency Measurement with Superradiant Pulses of Incoherently Pumped Calcium Atoms: Role of Quantum Measurement Backaction
最近的一个实验演示了基于外差检测的频率测量与超辐射脉冲从相干泵浦锶原子在光晶格时钟系统，而另一个实验分析了统计的超辐射脉冲从非相干泵浦钙原子在一个类似的系统。在这篇文章中，我们提出了对钙原子的超辐射脉冲进行外差探测，并从理论上分析了相应的原子系综动力学，包括集体自旋矢量的旋转和超辐射Dicke态之间的非相干量子跃迁。我们研究了量子测量反作用对发射场和集体自旋矢量动力学的影响，并证明了它在频率测量的建模中起着至关重要的作用。我们发展了一个随机平均场论，它也适用于模型频率测量与稳态超辐射信号，并探讨原子系综动力学中的量子测量效应。
2022-12-02 quant-ph
Quantum Langevin approach for superradiant nanolasers
本文提出了一种解析求解量子非线性朗之万方程的新方法，并应用于计算集体效应起重要作用的超辐射激光的光谱。我们计算了任意泵浦速率下的激光光谱，并恢复了众所周知的结果，如阈值区域内激光线宽的泵浦依赖性。我们预测了新的边带峰的超辐射激光器的光谱与大的弛豫振荡，以及新的非线性结构的激光光谱中的弱泵浦率。我们的方法揭示了新的光的重要性，人口波动的激光线宽变窄，在结构的激光光谱，并在过渡到相干操作。
2020-12-04 physics.optics quant-ph
Longitudinal polariton condensation and superradiant emission in semiconductor edge-emitting laser structures
研究表明，半导体激光器二极管结构中的超辐射（SR）由相变到相干态的Ginzburg-Landau方程或Gross-Pitaevskii方程形式的主方程控制。我们研究了有效质量为自由电子质量10 $^{-11}$的一维纵向下极化激元的凝聚。两个不同的制度的SR发射和极化激元凝聚的预测，其中之一表现出的Dicke超辐射在原子气体中的一些特征。以InGaN/GAN异质结构量子阱为模型系统，基于Maxwell-Bloch方程的数值模拟结果证实了解析模型的预测。
2011-12-06 cond-mat.str-el quant-ph
Dynamically controlled superradiant laser for hybrid sensing of collective atomic coherence
我们实现了对超辐射冷原子$^{87}$ Rb拉曼激光器的动态控制，实现了与条件拉姆齐光谱等效的原子相移传感。我们的方法使用非爆破映射的集体量子相位的二能级原子系综到检测腔光场的相位。我们表明，非爆破测量的基本精度理论上可以接近相干自旋态相位估计的标准量子极限，这是拉姆齐光谱学的传统基准。最后，我们提出了一种基于这种方法的混合光晶格时钟，它结合了连续和离散测量，以实现高精度和准确度。
2012-08-09 physics.atom-ph quant-ph
Correlations and linewidth of the atomic beam continuous superradiant laser
本文提出最小模型解释连续超辐射激光器特性，通过哈密顿过程描述原子进出腔，推导持续发射条件，指出线宽由集体原子偶极量子涨落决定，并发现超辐射与原子关联增长相关但关联对线宽影响小。
2022-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant Neutrino Lasers from Radioactive Condensates
本研究提出放射性玻色-爱因斯坦凝聚体的超辐射中微子发射概念以构建超辐射中微子激光器，指出基于铷-83凝聚体的实验可将衰变率从86.2天加速至分钟级。
2025-09-05 hep-ph quant-ph
Theoretical Study on Superradiant Raman Scattering with Rubidium Atoms in An Optical Cavity
本研究通过量子主方程理论，将铷原子视为三能级系统并与光学腔耦合，统一解释了超辐射拉曼散射脉冲及稳态宽谱现象，为超辐射激光及相关量子现象研究提供了理论工具。
2024-01-01 quant-ph
Relaxation oscillations, stability, and cavity feedback in a superradiant Raman laser
利用激光冷却的$^{87}$ Rb喇曼激光器，实验研究了深工作于坏腔区的光学激光器的弛豫振荡和振幅稳定性。通过将激光场的测量与原子布居的非破坏测量相结合，我们推断出由集体原子布洛赫矢量表示的增益介质的响应。用一个简单的模型定性地解释了结果。测量和理论扩展到包括中间再泵浦状态的振荡器的闭环稳定性和稳定或增强弛豫振荡腔反馈的作用的效果。实验研究了深工作于坏腔区的光学激光器的稳定性，这将指导未来超窄线宽超辐射激光器的发展。
2013-01-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Superradiant Raman Laser Magnetometer
我们展示了一种原理验证磁力计，它依赖于冷原子拉曼激光器的主动振荡，以连续地将场敏感的原子相位映射到辐射光的相位上。我们展示了连续主动振荡过程中的宽带灵敏度，以及在被动拉姆齐样模式中的窄带灵敏度，其中使用自旋回波技术在频率中平移窄带检测。该传感器在1 kHz时的灵敏度为190 pT/Hz^（1/2），有效感测体积为2 * 10^-3 mm^3。也被认为是一个理想的探测器的磁场灵敏度的基本量子限制。
2012-10-13 physics.atom-ph quant-ph
Instabilities of the continuous superradiant laser
研究连续超辐射激光器的强度稳定性，发现当腔光子寿命远短于原子寿命时会出现混沌，推导了不稳定性判据，并指出其对频率参考和混沌研究的影响。
2026-06-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Comment on arXiv:2510.21705 "Fundamental Impossibility of a Superradiant Neutrino Laser" and comment on arXiv:2510.21692 "Can Bose-Einstein Condensates Enhance Radioactive Decay?"
Stanford University（斯坦福大学）
本文针对两篇arXiv预印本发表评论，指出中微子截面极小，实验室中不存在超辐射现象。
2026-10-14 hep-ex hep-ph quant-ph
Ultranarrow Superradiant Laser via Dressed Dark State
本文提出利用静磁场将偶同位素类碱土金属原子的暗态缀饰上亮态分量，实现从交叉区到超辐射激光区工作的超窄超辐射激光，在保持功率的同时获得mHz量级线宽，并对腔长和磁场涨落具有更强鲁棒性。
2025-08-28 physics.atom-ph quant-ph
Phase Synchronization between Two Superradiant Lasers
我们实验证明了两个不同的合奏的冷原子进行稳态超辐射在一个单一的纵向和横向模式相同的光学腔之间的同步。同步过程首先研究的时间动力学的重新同步时，突然打破两个振荡器的相位对准。我们还观察到的激光器的相对频率是连续变化的稳态行为。该系统具有实现非平衡量子相变的潜力，并可为未来实现毫赫兹线宽激光器提供信息。
2015-03-22 nlin.AO physics.atom-ph quant-ph
Threshold studies for a hot beam superradiant laser including an atomic guiding potential
本文通过累积量展开数值研究热束超辐射激光器的阈值条件，发现增加原子数可显著提高温度阈值，速度滤波影响甚微，而朝向腔模波腹的光学导引能显著降低阈值并提高输出功率。
2023-08-10 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant transfer of quantized orbital angular momentum between light and atoms in a ring trap
激光束的轨道角动量（OAM）可以相干地转移到环形阱中的玻色-爱因斯坦凝聚体中，量子化单位为$\hbar$。光-物质耦合允许原子在离散OAM态之间的超辐射转移。通过调节泵浦光的环参数和缠绕数，可以填充特定的角动量态。这又允许控制发射以产生具有不同于泵浦的OAM的光，因为原子环将其贡献压印在散射光上。
2022-07-13 quant-ph
Modeling of a continuous superradiant laser on the sub-mHz $^1$S$_0\,\rightarrow\,^3$P$_0$ transition in neutral strontium-88
针对连续超辐射激光器高原子通量与低退相干难以兼顾的难题，提出结合超冷锶原子束与蝴蝶结腔的设计，通过模拟验证可行性并建立场模型，估算出线宽<100 mHz、功率数百fW的性能，为提升光钟短期稳定性提供新方案。
2025-02-10 physics.atom-ph quant-ph
Impact of photo-assisted collisions on superradiant light scattering with Bose condensates
我们提出的实验证据支持的假设，光辅助碰撞的二次效应的主要原因，在凝聚体的超辐射光散射效率是不对称的，相对于抽运激光失谐的符号。然而，与最近的实验研究相反，我们观察到所有三种泵浦激光偏振的严重和可比的加热。我们还进行了双色，双脉冲测量，直接研究凝聚体相干性的退化和由此产生的超辐射散射效率的影响。
2012-08-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Cavity-immune features in the spectra of superradiant crossover laser pulses
由于对腔噪声的灵敏度降低，在坏腔状态下的激光在精密计量中具有有希望的应用。在这里，我们研究了在mK热系综中$^{88}$ Sr的$^1$ S $_0 - ^3$ P $_1$线上的脉冲激光的光谱特性和相位行为，如arxiv：1903.12593中首次描述的。该系统工作在一个制度，多普勒展宽的原子跃迁线宽是几倍大于腔线宽。我们发现，通过失谐的腔谐振，可以消除的峰值激射频率上的腔噪声的影响，即使系统不深的坏腔区的一阶。实验结果进行了比较，一个模型的基础上的Tavis-Cummings哈密顿量，这使我们能够调查不同的热速度类之间的相互作用作为减少腔噪声的基本机制。这些速度依赖的动力学可以发生在脉冲激光和超辐射交叉制度的激光器的开启行为。
2021-05-19 physics.atom-ph quant-ph
Coherence-Assisted Superradiant Laser with Hz Linewidth and $10^{-10}$W Power
本文提出基于玻色子碱土原子中拉曼跃迁诱导$^3$P$_0$-$^3$P$_1$耦合的超辐射激光方案，实现赫兹线宽与$10^{-10}$W功率输出，显著提升超辐射激光性能。
2022-11-13 physics.atom-ph quant-ph
Fully Collective Superradiant Lasing with Vanishing Sensitivity to Cavity Length Vibrations
JILA, NIST, and Department of Physics, University of Colorado（科罗拉多大学物理系、NIST 和 JILA）；Physikalisches Institut, University of Bonn（波恩大学物理研究所）
本文提出通过辅助腔耦合实现集体泵浦过程，解决原子钟连续波主动激光器中自发辐射的寄生加热问题，实现低至10^-14/g量级的谐振腔振动灵敏度。
2025-06-13 quant-ph
Robustness of the Floquet-assisted superradiant phase and possible laser operation
该研究证明了Floquet辅助超辐射相在参数驱动耗散Dicke模型中的鲁棒性，并探讨了其在激光操作中的可行性。
2023-12-20 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Steady-state superradiance with Rydberg polaritons
稳态超辐射激光器可以产生超窄线宽的光，在量子信息和精密计量等领域有着重要的应用。然而，这种激光器产生的光本质上仍然是经典的。在这里，我们表明，里德伯介质的引入到一个腔中含有原子与一个狭窄的光学跃迁可以导致超窄线宽$nonclassical$光的稳态超辐射发射。由里德伯介质引起的腔非线性强烈地改变了超辐射阈值，并导致腔输出光谱$-$中出现了一个Mollow三重态。这种行为可以理解为共振荧光的一种不寻常的模拟。腔输出光谱具有非常尖锐的中心峰，其线宽可以远窄于经典超辐射激光器的线宽。这种前所未有的光谱清晰度，加上光的非经典性质，可能会导致新的应用，其中光谱纯$quantum$光是理想的。
2016-11-02 quant-ph
Lasing in the superradiant crossover regime
一种新的激光器，利用光和原子的相干性，是可能的，利用超冷碱土原子被困在一个光学腔体内的光晶格。不同的激光机制，包括超辐射，超辐射和常规激光，是由存储在原子和腔模的相对相干性区分。我们分析了在两个不同的实验实现区域的超辐射激光制度的物理。我们的计算证实了锶-87原子双禁戒时钟跃迁${}^3 P_0 \to {}^1 S_0$的超辐射激光的窄线宽。在88锶原子偶极禁戒跃迁${}^3 P_1 \to {}^1 S_0$的强驱动下，由于腔场的相干激发，超辐射线宽进一步变窄。
2018-09-05 physics.atom-ph physics.optics 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
Trapped ion qubit and clock operations with a visible wavelength photonic coil resonator stabilized integrated Brillouin laser
本文首次利用芯片级集成布里渊激光器与3米线圈谐振器参考腔，在囚禁$^{88}$Sr$^+$离子上实现了光钟和量子比特操作，展示了拉比振荡、99%保真度的态制备与测量以及高频率稳定度，推动了原子量子系统的集成化与便携化。
2024-02-26 quant-ph
Prospects of a superradiant laser based on a thermal or guided beam of Sr-88
通过对两个系统的数值模拟，根据实际的实验数据，探讨了$^{88}$ Sr中7.5kHz宽的$^1$ S $_0$ - $^3$ P $_1$跃迁的超辐射激射前景。一个系统使用的想法是在一个简单的，热的原子束与高通量的连续超辐射，另一个系统是基于使用超冷原子在偶极波导。我们发现，热束系统实现激光以上的流量$2.5 \times 10^{12}$原子/秒。它能够输出数百nW，并将腔体噪声抑制20-30倍。二阶多普勒频移引起激光频率的500 Hz量级的频移。对于冷原子束，我们考虑到退相干和热效应时，使用的原子限制在偶极波导的再泵浦计划。我们发现输出功率在几百pW的量级，而二阶多普勒频移可以忽略，腔噪声可以被抑制在50-100倍的量级。此外，我们表明，这两个系统表现出局部不敏感的原子通量的波动。
2022-08-03 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic single-atom source of quasi-superradiant $N$-photon pulses
我们提出了一个单原子，腔量子电动力学系统，兼容最近展示的，光纤集成的微和纳米腔设置，按需生产的光学数态，$0N$状态，和二项式码状态脉冲。该方案利用整个原子基态超精细能级内的拉曼跃迁，并利用激光和腔场与原子跃迁的失谐量远大于激发态超精细分裂。这使得动力学的一个简单的，腔阻尼的Tavis-Cummings模型与集体自旋确定的地面超精细水平的总角动量的减少。
2020-12-01 quant-ph
Absolute frequency measurement of the In$^{+}$ clock transition with a mode-locked laser
以$10^{13}$中1.8份的精度测量在237 nm处的In $^{+}$ $5s^{2 1}S_{0}$ - $5s5p^{3}P_{0}$时钟跃迁的绝对频率。利用相位相干频率链，我们比较了$^{1}S_{0}$ - $^{3}P_{0}$跃迁与甲烷稳定的He-Ne激光器在3.39 $μ$ m，这是对铯原子喷泉钟校准。利用锁模飞秒激光器产生的频率梳桥接了He-Ne标准四次谐波处37 THz的频率间隙。发现In $^{+}$时钟跃迁的频率为$1 267 402 452 899.92 (0.23)$ kHz，其精度受到He-Ne激光基准的不确定性的限制。这代表了比先前测量的线的精度提高了2个数量级以上，并且现在是单个离子中光学跃迁的最准确测量。
2000-10-05 quant-ph
Grand-mother clocks and quiet lasers
伽利略在16世纪指出，摆的振荡周期几乎与振幅无关。然而，这样的钟摆会因空气摩擦而阻尼。后者可以被看作是由于空气分子与钟摆接触而产生的。由此可见，空气摩擦不仅阻尼振荡，而且还引入随机性。在惠更斯于18世纪发现的所谓的“祖母钟”中，平均而言，阻尼是通过由下落的重物驱动的擒纵机构来补偿的。本文的目的是表明，这样的时钟，在其理想化的形式，一个安静的振荡器。我们所说的“安静”是指，尽管阻尼引入了随机性，但耗散功率（视为振荡器输出）不会缓慢波动。与1984年理论上发现的安静激光振荡器作了比较。因为输入功率在机械振荡器和安静激光振荡器中都不波动，所以输出功率在小傅立叶频率处不波动，而不管所涉及的详细机制如何。
2009-01-08 quant-ph
Single Photon Superradiance and Subradiance as Collective Emission From Symmetric and Antisymmetric States
本文研究N个共振二能级原子的单光子集体发射，利用对称与非对称态正交基分析超辐射、亚辐射及纠缠，并给出激光诱导亚辐射分量和纠缠出现阈值1/N。
2023-09-25 quant-ph
Magnetic Field-controlled Transmission and Ultra-narrow Superradiant Lasing by Dark Atom-light Dressed States
超冷锶-88原子的光晶格钟系统已被用来演示超辐射激光和磁场控制的光传输。我们用三能级原子与单腔模耦合的严格模型从理论上解释了这些现象。我们确定了一类暗原子光修饰态，这是由于在磁场的存在下与亮修饰态混合而变得可访问的。我们预测，这些状态下，适度的非相干泵浦，导致激光的线宽只有几十赫兹，数量级小于腔线宽和原子的非相干衰减和泵浦速率。
2020-03-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Defending Continuous Variable Teleportation: Why a laser is a clock, not a quantum channel
有人说[T。Rudolph和B.C. Sanders，Phys. Rev. Lett. { \bf 87}，077903（2001）]，在光频率上的连续变量量子隐形传态还没有实现，因为所使用的源（激光）不是“真正相干的”。Van Enk和Fuchs [Phys. Rev. Lett，{ \bf 88}，027902（2002）]在反对Rudolph和Sanders的同时，也承认“绝对相位”是可以实现的，即使它还没有实现。相反，我认为“真正的一致性”或“绝对相位”总是虚幻的，因为绝对时间的概念（至少对于超出人类直接经验的频率）是毫无意义的。我们所能做的就是使用商定的时间标准。在这种情况下，激光束基本上和任何其他的一样是一个好的“时钟”。我详细解释了为什么这个主张是正确的，并针对各种反对意见为我的论点辩护。在这个过程中，我讨论了超选择规则，量子信道，以及激光器作为时钟的性能的极限。对于最后一个主题，我使用我自己的一些早期工作[Phys. Rev. A { \bf 60}，4083（1999）]以及Berry和我自己的一些早期工作[Phys. Rev. A { \bf 65}，043803（2002）]来说明具有平均光子数$μ$的海森堡限制激光器可以使$M$独立时钟同步，每个时钟的均方误差为$\sqrt{M}/4μ$弧度$^2$。
2004-03-19 quant-ph
Optical coherence and teleportation: Why a laser is a clock, not a quantum channel
有人说[T。Rudolph和B.C. Sanders，Phys. Rev. Lett. { \bf 87}，077903（2001）]，在光频率上的连续变量量子隐形传态还没有实现，因为所使用的源（激光）不是“真正相干的”。Van Enk和Fuchs [Phys. Rev. Lett，{ \bf 88}，027902（2002）]在反对Rudolph和Sanders的同时，也承认“绝对相位”是可以实现的，即使它还没有实现。相反，我认为“真正的一致性”或“绝对相位”总是虚幻的，因为在超越人类直接经验的尺度上的绝对时间概念是毫无意义的。我们所能做的就是使用商定的时间标准。在这种情况下，激光束基本上和任何其他的一样是一个好的“时钟”。我详细解释了为什么这个主张是正确的，并针对各种反对意见为我的论点辩护。在这个过程中，我讨论了超选择规则，量子信道，以及激光器作为时钟的性能的极限。对于最后一个主题，我使用我自己的一些早期工作[Phys. Rev. A { \bf 60}，4083（1999）]以及Berry和我自己的一些早期工作[Phys. Rev. A { \bf 65}，043803（2002）]来说明具有平均光子数$μ$的海森堡限制激光器可以使$M$独立时钟同步，每个时钟的均方误差为$\sqrt{M}/4μ$弧度$^2$。
2003-03-19 quant-ph
Fundamental impossibility of a superradiant neutrino laser
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）；MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms（麻省理工学院-哈佛大学超冷原子中心）
研究证明理想原子系统发射费米子时，最大发射率正比于N而非N²，排除了超辐射的可能性，并否定了超辐射中微子激光的提议。
2026-07-03 hep-ph nucl-ex physics.atom-ph
Superradiance-driven Phonon Laser
我们提出利用光学超辐射来增强声子激光的产生。在我们的方案中，光机械腔包含一个可移动的膜，它支持一个机械模式，和超辐射腔可以产生相干集体光发射，通过施加横向泵浦超冷腔内原子气体。超辐射发射能够增强声子激光器的性能。这为声子激光器的工作提供了一种新的途径，即利用腔中或晶格势中的相干原子气体来实现声子激光。
2018-02-16 quant-ph
Continuous multi-step pumping of the optical clock transition in alkaline-earth atoms with minimal perturbation
一个合适的方案，以连续创建反转的光学时钟过渡与可忽略的扰动是一个关键的缺失成分所需的建立一个有源光学原子钟。在窄跃迁上的原子的再泵浦通常需要在涉及多个辅助能级的多步骤过程中的多个泵浦激光器。一般来说，这会产生大的有效电平偏移和谱线展宽，严重限制了时钟精度。在这里，我们提出了一个广泛的理论研究，一个现实的多层次的实现在搜索参数制度，可以实现充分的反演与最小的扰动。幸运的是，我们能够确定一个有用的操作制度，其中的频率偏移保持小和可控的，只有微弱的干扰有用的泵浦速率的时钟转换。对于相应的时钟性能的实际估计，我们介绍了一个简单的映射的多级泵计划的有效能量转移和加宽参数的减少两级激光模型系统。这允许使用公知的方法来评估所得到的激光功率和光谱。
2021-10-11 quant-ph
A Superradiant Topological Peierls Insulator inside an Optical Cavity
我们考虑无自旋的超冷费米气体，它被紧紧地束缚在光学谐振腔的轴上，并被紧密调谐到谐振腔模式的激光横向照射。在某一阈值泵浦强度下，均匀气体密度打破$\mathbf{Z}_2$对称性朝向空间周期顺序，这共同地将泵浦光子散射到腔中。我们表明，这种已知的自序过渡也发生低场寻求费米子粒子时，激光是蓝失谐的原子过渡。在这种情况下，出射的超辐射光晶格是单极的，并且具有两个不同的二聚化。取决于自发选择的二聚化，所得到的布洛赫带可以具有由非零Zak相表征的非平凡拓扑结构。在费米动量接近腔模波数的一半的情况下，这里的佩尔斯不稳定性会在费米表面产生一个带隙的拓扑绝缘体，它拥有一对边缘态。系统的拓扑特征可以通过腔输出非破坏性地观察到：体的Zak相位与激光和腔场之间的相对相位相一致，而边缘态的指纹可以被观察为在腔谱的明确定义的频率窗口中的额外加宽。
2016-11-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
An atomic clockwork using phase dependent energy shifts
参考未受扰动的原子二能级系统的频率稳定的激光器充当具有飞秒时钟滴答的最准确的时钟。对于任何有意义的用途，飞秒激光频率梳（FLFC）用于将原子钟精度转换为电子可计数的纳秒时钟滴答。在这里，我们提出了一个替代的钟表机构的基础上的现象，当一个原子系统是缓慢地演变在一个循环的路径，原子的能级收集一些阶段称为几何相位。这种几何相位相关的能量偏移在这里被用来以相位相干的方式耦合两个频率区域。它还表明，这种技术可以通过实验实现，绕过高度参与的FLFC设置。
2012-01-13 quant-ph
Probing beyond the laser coherence time in optical clock comparisons
我们开发差分测量协议，规避激光噪声限制的光学时钟比较的稳定性，通过同步探测两个时钟使用锁相本地振荡器。这允许探测时间长于激光相干时间，避免迪克效应，并支持海森堡限制的测量精度。我们提出了这样的频率比较协议，并开发了数值模拟的协议与现实的噪声源。这些方法提供了一种途径，以减少频率比测量持续时间超过一个数量级。
2016-04-12 physics.atom-ph quant-ph
Prospects and challenges for squeezing-enhanced optical atomic clocks
我们研究了自旋压缩态对布朗频率噪声限制激光源运转的时钟的好处。基于光学原子钟闭环伺服系统的解析模型，给出了在给定死区时间和激光噪声条件下，原子钟最佳稳定度的定量预测。我们的分析预测是在非常好的协议与数值模拟的闭环伺服回路。我们发现，对于通常的周期性Ramsey询问单原子系综与死时间，即使是目前最稳定的激光自旋压缩只能提高时钟的稳定性的系综低于约一千个临界原子数在一个光学锶晶格钟。即使将来激光器性能提高一个数量级，临界原子数仍然保持在100，000以下。相比之下，基于较小的不可扩展的集合的时钟，例如离子时钟，已经可以从当前时钟激光器的压缩态中受益。
2020-09-09 physics.atom-ph quant-ph
A non-equilibrium superradiant phase transition in free space
本文在自由空间中利用激光冷却的铅笔状原子云实现了非平衡超辐射相变，观察到了原子偶极子相位锁定相与超辐射自发辐射主导相之间的转变，为自由空间超辐射激光器及新型时间晶体的研究提供了前景。
2023-04-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Current-feedback-stabilized laser system for quantum simulation experiments using Yb clock transition at 578 nm
基于干涉滤光片稳定的外腔半导体激光器（IFDL），研制了一套用于镱原子578 nm时钟跃迁光谱测量的激光系统。由于改进的频率-电流响应的激光二极管芯片和IFDL的机械扰动的敏感性较低，我们成功地稳定的频率，以一个简单的电流反馈系统的高精细度超低膨胀玻璃腔。利用该激光系统，我们进行了高分辨率的Yb的时钟光谱，并发现稳定的激光线宽小于320 Hz。
2019-05-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
