Resonant Energy Transfer and Collectively Driven Emitters in Waveguide QED
本研究在波导量子电动力学中直接观测到两个远距离发射体间的共振能量转移，并演示了集体驱动方案以选择性填充亚辐射态，从而抑制发射，为多发射体系统的量子纠缠生成和鲁棒光子态制备提供了新途径。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electromagnetically induced transparency in many-emitter waveguide quantum electrodynamics: linear versus nonlinear waveguide dispersions
研究多发射体波导量子电动力学中单光子诱导的电磁感应透明，发现非线性色散在单发射体中产生侧峰并演变为平台，在多发射体中形成窄带隙能带结构，可应用于远距离量子网络。
2023-07-11 quant-ph
Photon-emitter dressed states in a closed waveguide
我们研究了由一个或两个二能级量子发射体组成的系统，耦合到封闭波导的单个横模，其中光子波数和频率被离散化，并表征了场和发射体之间稳定共享一个激发的稳定状态。我们发现了场发射相互作用中的有限尺寸效应，并确定了一个家庭的修饰状态，这代表了在无限波导的限制连续的束缚态的先驱。最后，我们考虑了这种状态在量子信息领域的应用的潜在利益。
2021-03-19 quant-ph
Quantum memory and gates using a Lambda-type quantum emitter coupled to a chiral waveguide
通过将$Λ$型量子发射器耦合到手征波导中，光子的偏振被锁定在其传播方向上，我们提出了一种用于量子网络的可控光子-发射器界面。我们表明，这种手征系统使SWAP门和混合纠缠门之间的发射器和一个飞行的单光子。它还允许确定性的存储和检索单光子状态具有高性能和效率。简而言之，这种手性耦合的发射体-光子界面可以成为大规模量子网络的关键构建块。
2018-06-12 quant-ph
Multiple Emitters in a Waveguide: Non-Reciprocity and Correlated Photons at Perfect Elastic Transmission
我们研究了多个失谐发射器沿一维光子波导放置时的干涉和相关效应。这样的设置允许光子和强耦合发射器之间的多重相互作用，并且是所提出的用于量子信息处理的设备的基础。首先，我们证明了一对相隔半波长的失谐二能级系统（2LS）在单光子和双光子扇区中模拟了一个受驱动的Λ型三能级系统（3LS）。存在一个干涉诱导的透明峰，在该峰处荧光被淬灭，使得透射的光子完全不相关。稍微远离这种分离，我们发现，非弹性散射（荧光）是大的，导致非线性效应，如非互易性（整流）。我们将这种非互易性与驱动暗极所引起的非弹性散射联系起来，从而推导出最大整流的条件。最后，通过放置一个真正的3LS中间的两个2LS，我们表明，弹性散射只产生传输，但非弹性散射仍然发生（荧光不淬灭）造成大量的光子相关性。
2017-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multiphoton pulses interacting with multiple emitters in a one-dimensional waveguide
本文推导了波导-量子电动力学系统中多光子脉冲与多个辐射源相互作用的广义主方程，其中辐射源频率可以调制，非导模的影响也可以考虑。基于这一理论，我们可以计算在入射光子脉冲驱动下相互作用的辐射体阵列的实时动力学，这些辐射体可以是真空态、相干态、Fock态或它们的叠加态。此外，我们还推导出了广义输入输出关系，计算了该系统的反射率和透射率。我们还可以计算输出光子脉冲形状。我们的理论可以在波导量子系统的研究中找到重要的应用。
2020-11-05 quant-ph
Waveguide QED with Quadratic Light-Matter Interactions
本文研究了波导 QED 中的二次光-物质相互作用，发展了马尔可夫近似下的散射理论，揭示了频率纠缠光子对自发辐射等新现象，并证明单个二次耦合发射体可实现保真度为 1 的双光子逻辑门。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Correlations in emitters coupled to plasmonic waveguides
我们报告的量子，经典，和总的相关性在一组遥远的量子发射器耦合通过它们的相互作用与等离子体激元模式的一维波导驱动的外部激光场。发射体与等离子体模式的耦合及其对集体衰变率的影响表明，纠缠在量子比特动力学中并不起重要作用。相反，不和谐是重要的数量，应该作为一种资源加以利用。
2013-12-23 quant-ph
Super-Heisenberg Non-Equilibrium Quantum Sensing with Waveguide-Coupled Emitters
Palacký University（帕拉茨基大学）；Shanghai Institute for Advanced Studies, University of Science and Technology of China（上海高等研究院，中国科学院大学）
利用波导耦合发射体阵列作为非平衡探针，通过优化发射体间距抑制超辐射衰变，实现量子Fisher信息超越海森堡极限，并延长其寿命。
2026-06-11 quant-ph
Subradiant Dimer Excitations of Emitter Chains Coupled to a 1D Waveguide
这封信表明，链的光学或微波发射器耦合到一个一维波导支持subradiant状态与密切对激发发射器，它有更长的寿命甚至比最subradiant状态只有一个单一的激发。在无限长链的极限下，得到了无辐射激发二聚体态的精确解析表达式。要了解这些国家的机制，我们提出了一个正式的等效subradiant二聚体和单一的本地化激发链缺陷（未占用的网站）周围。我们的分析映射允许扩展到耦合到3D自由空间真空场的发射极链。
2019-11-11 quant-ph
Photon scattering by a three-level emitter in a one-dimensional waveguide
讨论了一维波导中三能级发射体对光子的散射，其中光子的输运受自发发射波和直接透射波的干涉控制。对于不同层次的结构，散射问题以封闭形式求解。几种可能的应用进行了讨论：发射器的状态可以确定性地切换拉曼散射，从而使应用在量子计算，如单光子晶体管。发射器阵列产生光子带隙结构，其可以由经典驱动激光器调谐。无序排列导致光子的安德森局域化，其中局域化长度可以再次由外部驱动控制。
2010-01-06 quant-ph
Efficient spectroscopy of single embedded emitters using optical fiber taper waveguides
基于使用光纤锥形波导探测单发射器嵌入在薄介质膜的技术进行评估，通过数值模拟。对于一个适当的膜几何形状，光致发光收集效率超过10%的预测，超过了一个数量级的标准自由空间收集的效率。我们的研究结果表明，这些光纤锥形波导提供了良好的前景，执行有效的光谱的单发射器嵌入在薄膜中，如一个单一的自组装量子点在半导体膜。
2009-06-11 physics.optics quant-ph
Unconventional quantum optics in topological waveguide QED
拓扑材料的发现挑战了我们对凝聚态物理的理解，并导致了新颖和不寻常的现象。这激发了最近的发展，将拓扑概念引入光子学，使光以奇异的方式表现。在这里，我们预测几个非常规的量子光学现象时发生的量子发射器与拓扑波导QED浴，即，光子模拟的苏-施里弗-赫格模型。当发射器频率位于拓扑带隙内时，出现手性束缚态，其仅位于发射器的一侧（右侧或左侧）。在存在多个发射体的情况下，它介导它们之间的拓扑、长程可调相互作用，这可以产生奇异相，如双Néel有序态。相反，当发光体的光学跃迁与能带共振时，我们发现非常规的散射特性和不同的超/亚辐射态取决于能带拓扑。我们还研究了开放边界条件的浴的情况下，了解拓扑边缘状态的作用。最后，我们提出了几个实现这些现象可以观察到与国家的最先进的技术。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-emitter oscillating bound states in Waveguide QED
Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所（INMA），西班牙科学研究中心-萨拉戈萨大学）；Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学凝聚态物理系）；Instituto de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理科学学院）
本研究通过波导量子电动力学平台，揭示了多发射体振荡束缚态的形成机制及其在非局部平衡态中的动态行为。
2026-02-17 quant-ph
Emergent Oscillating bound states in a semi-infinite linear waveguide with a point-like $Λ$-type quantum emitter driven by a classical field
本研究在半无限波导中耦合点状$\Lambda$型量子发射器，由经典场驱动，实现了振荡束缚态，打破了其仅存在于巨原子的限制。
2024-05-28 quant-ph
Quasi-degenerate resonant eigenstate doublets of two quantum emitters in a closed waveguide
本文研究闭合波导中两个量子发射体的准简并共振本征态双峰，发现特定距离比下可共存，为量子技术提供二能级系统操控工具。
2025-09-10 quant-ph
Coherent nonlinear optics of quantum emitters in nanophotonic waveguides
相干量子光学，其中光子与发射体的相互作用不会扰乱相位相干性，是许多量子光学效应和新兴技术的核心。耦合到纳米光子波导的固态发射器是量子器件的有前途的平台，因为这种组合是可扩展的。然而，由于发射器的固态环境的动态特性，在这些系统中达到完全相干是具有挑战性的。在这里，我们回顾了与纳米光子波导耦合的固态量子发射器的相干光-物质相互作用的进展。我们首先为准一维系统中的二能级系统的相干和非线性光-物质相互作用奠定了理论基础，然后对实验实现进行了基准测试。然后，我们讨论了高阶非线性，由于增加了不同频率的光子，更复杂的能级计划的发射器，并通过共享的光子模式的多个发射器的耦合。在整个过程中，我们强调了基于这些连贯的相互作用的应用程序和新效果的协议，实现它们所采取的步骤，以及仍然需要克服的挑战。
2019-12-17 quant-ph
Bound states and the collective dynamics of Distant Quantum Emitters coupled to a chiral waveguide
本文研究了两个手性耦合到1D波导的远距离两能级量子发射器的集体动力学，发现其自发辐射可被增强、抑制或完全抑制，并揭示了完全抑制机制源于QE-光子束缚态的存在。
2025-09-14 quant-ph
Sub-radiant states for imperfect quantum emitters coupled by a nanophotonic waveguide
定制光子结构中量子发射器之间的相干相互作用是未来量子技术的基本组成部分，但在复杂的固态环境中观察仍然具有挑战性，其中必须考虑退相干的作用。在这里，我们研究了在一个现实的固态环境中的一维波导介导的两个量子发射器之间的光学相互作用，专注于创建，人口和检测的亚辐射状态，在存在的退相。我们发现，随着失相的增加，子辐射的签名迅速消失在强度测量，但仍然明显的光子相关测量，特别是当两个发射器分别泵浦，以便有效地填充子辐射状态。应用格林张量方法模拟了光子晶体波导，包括对集成发射器空间位置的依赖性。这项工作奠定了一条路线的实验实现亚辐射态的纳米光子波导含有固态发射器。
2022-06-01 physics.optics quant-ph
Stabilization of dark states in emitter arrays coupled to a half-waveguide
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of South Florida（南佛罗里达大学）
该研究针对耦合半波导的发射体阵列，通过对各发射体施加最优频移稳定暗态，可在超导量子比特平台实现，为量子信息存储等开辟新途径。
2026-09-04 quant-ph
Photon Scattering from a System of Multi-Level Quantum Emitters. II. Application to Emitters Coupled to a 1D Waveguide
在前面的文章中，我们介绍了一种形式来研究低强度场的散射从一个系统的多层次发射器嵌入在一个$3$ D介质。在这里，我们展示了如何使用这种光子散射关系来分析从耦合到$1$ D波导的任何通用多能级量子发射器的单光子和弱相干态的散射。减少光子散射关系到$1$ D波导提供了第一次直接解决散射问题，涉及低强度场在波导QED制度。为了展示我们的形式主义是如何工作的，我们考虑多级发射器的例子，并评估传输和反射场的振幅。此外，我们扩展我们的研究，包括一个弱相干光子脉冲的散射的发射器的动力学响应。由于我们的光子散射关系是基于海森堡图片，这是非常有用的问题，涉及光检测的波导结构。我们表明这一点，通过考虑一个特定的问题，在一个多层次的发射器，我们的形式主义展示其全部潜力的光检测状态生成。由于所考虑的发射体是通用的，因此$1$ D结果适用于耦合到$1$ D波导或传输线的原子、离子、量子点、超导量子位和氮空位中心等过多的物理系统。
2018-01-09 physics.optics quant-ph
Coherent response of inhomogeneously broadened and spatially localized emitter ensembles in waveguide QED
本文研究波导中非均匀展宽且空间局域的发射体系综，提出近似分析方法，展示集体共振可克服非均匀展宽实现高消光，并论证稀土离子系综可实现强耦合，拓展了WQED至固态相干系综。
2024-02-11 quant-ph
Many-body quantum optics in a Bose-Hubbard waveguide
Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）
该研究耦合量子发射器与玻色-哈伯德波导，发现光子相互作用可触发超辐射爆发，非共振区存在两类介导相互作用，莫特极限下准粒子介导短程作用，连接多体物理与波导QED。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Non-reciprocal few-photon devices based on chiral waveguide-emitter couplings
我们证明了利用两个波导模式和单个量子发射器之间的手征耦合来设计高效的、非互易的少光子器件的可能性。我们展示了这个系统如何在单光子水平上诱导非互易光子输运，并作为一个光学二极管。之后，我们还展示了相同的系统如何显示出双光子输入的晶体管般的行为。在这两种情况下的效率被证明是大的可行的实验实现。我们的结果说明了手征波导-发射极耦合在量子电路中的应用潜力。
2016-09-07 physics.optics quant-ph
Non-Markovian delay-assisted sensing with waveguide-coupled quantum emitters
Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀雅特光学学院）；Quantum, Photonics, and Computing Group, RTX BBN Technologies（RTX BBN科技公司量子、光子和计算组）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）；Department of Physics, The University of Arizona（亚利桑那大学物理系）
研究揭示波导耦合量子发射体在长距离分离和外部场作用下，非马尔可夫延迟反馈可增强量子 Fisher 信息用于检测场梯度，通过形成原子-光子准束缚态延长场与发射体的相互作用时间，提升分布式量子传感能力。
2026-05-06 quant-ph
Enhancing the robustness of coupling between a single emitter and a photonic crystal waveguide
我们提出了一个启发式的数学模型之间的关系的几何形状的光子晶体波导和Purcell增强因子在特定的波长的兴趣。我们使用这个模型提出的方法来设计的光子晶体波导最大限度地提高在目标波长的Purcell增强。数值模拟表明，所提出的结构具有鲁棒性的制造缺陷引入到光子晶体的几何形状。
2022-10-13 physics.optics quant-ph
Integration of hBN quantum emitters in monolithically fabricated waveguides
面元氮化硼（hBN）在集成量子纳米光子学中的潜在应用越来越引起人们的兴趣。然而，为了将hBN建立为集成光子平台，必须建立几个基石，包括量子发射器与光子波导的集成和耦合。在模拟的支持下，我们研究了单片集成的方法，预计其耦合效率比传统的混合堆叠策略高4倍。然后，我们展示了这样的设备从hBN的制造和展示hBN单光子发射器与单片波导的成功集成。我们演示了从量子发射器到波导模式的单光子耦合和片上检测。我们的研究结果建立了一个整体集成hBN单光子发射器的一般框架，并将促进未来的芯片上集成量子光子学与hBN。
2021-07-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Collective photon routing improvement in a dissipative quantum emitter chain strongly coupled to a chiral waveguide QED ladder
本文研究了单光子在一维周期链中的路由方案，链中的两个量子发射体（QE）与两个波导呈梯形强耦合。已知的是，对于单发射器手性波导阶梯设置，如果满足谐振条件并且完全忽略自发发射，则光子可以以$100\%$概率（确定性地）从一个波导重定向到另一个波导。然而，当包括自发发射时，路由方案变得相当不完善。在本文中，我们提出了一个解决这个问题的方法，通过考虑一个链的QE，其中除了波导介导的相互作用之间的发射器，一个直接的和无限长范围的偶极-偶极相互作用（DDI）被考虑在内。我们发现，从强DDI所产生的集体效应保护路由方案从自发发射损失。特别是，我们证明了路由器操作可以改善从$58\%$到$95\%$在一个典型的耗散手性光-物质界面组成的纳米线模式强烈相互作用的线性链的30个量子点。随着近年来手征量子光学实验的进展，量子阱与锥形纳米纤维的倏逝耦合可以作为实验实现这项工作的平台。
2020-06-20 quant-ph
Pronounced non-Markovian features in multiply-excited, multiple-emitter waveguide-QED: Retardation-induced anomalous population trappin
由于真空场振幅的弱频率依赖性，马尔可夫近似被广泛应用于量子光学领域，因此非马尔可夫效应通常被认为在光学电子-光子相互作用中起次要作用。在这里，我们给出了一个例子，其中非马尔可夫性改变了量子光学系统的定性行为，使得马尔可夫近似在定量和定性上都不充分。也就是说，我们研究了一个多发射，多激发波导量子电动力学（波导QED）系统，并包括传播时间延迟。特别是，我们证明了异常的人口陷阱作为一个结果的延迟在波导和三个初始激发发射器之间的激发交换。允许在发射极波导耦合的本地阶段，这种人口陷阱不能使用马尔可夫治疗恢复，证明了非马尔可夫动力学的过程中的重要作用。此外，这种时间延迟的激发交换允许新的稳态，其中一个发射体完全衰减到其基态，而其他两个保持部分激发。
2020-02-04 physics.atom-ph quant-ph
Lifetimes and quantum efficiencies of quantum dots deterministically positioned in photonic-crystal waveguides
将单个发射器与光子纳米结构连接使得能够修改它们的发射特性，例如增强单独的衰减速率或控制发射方向。为了实现完全控制，单个发射器必须确定性地定位在纳米结构中。在这里，我们使用光谱学来获得有关各个量子点的光谱和空间信息，以便将每个发射器定位在光子晶体波导的单元格中的预定位置。根据结构化纳米光子模式内的空间和光谱定位，我们观察到量子点发射可以被抑制或增强。这些结果证明了光子晶体波导控制单光子发射的能力，并且定位量子点的能力对于创建复杂的多发射器量子光子电路将是至关重要的。
2019-09-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Numerical modelling of the coupling efficiency of single quantum emitters in photonic-crystal waveguides
平面光子纳米结构在量子光学中的应用近年来引起了人们的极大关注。在这篇文章中，我们进行全三维数值模拟，充分考虑所有的辐射通道，从而量化的耦合效率的量子发射器嵌入在光子晶体波导。我们利用混合边界条件相结合的主动Dirichlet边界条件的引导模式和完美匹配层的辐射模式。以这种方式，可以确定从量子发射器到周围环境的泄漏，并且可以量化耦合到辐射模式的光谱和空间依赖性。耦合效率的空间图，即$β$因子，揭示了即使对于中等慢的光，也可以实现接近1的$β$，其对于发射器在波导中的位置是非常鲁棒的。结果表明，光子晶体波导是实现单光子和单量子发射体确定性对接的合适平台，在光子量子技术中具有广泛的应用前景。
2017-05-02 physics.optics quant-ph
Theory of waveguide-QED with moving emitters
从理论上研究了单激发子空间中由波导和运动的量子发射体组成的系统，对发射体的运动自由度进行了量子力学处理。我们首先描述了单光子散射离开一个单一的移动量子发射体，显示出非互易传输和反冲引起的量子发射体运动能量的减少。然后，我们描述了带隙内的束缚态，这显示了在真实空间中的运动诱导的非对称相位。我们还演示了如何形成一个连续的带与奇异的色散关系，这些束缚态。最后，我们研究了具有各种初始动量分布的初始激发的量子发射体的自发发射，发现相对于静态发射体对应物在占据动力学和发射光子的空间分布中的强烈偏差。我们的工作扩展了波导QED工具箱，包括发射体的量子运动自由度，其在少光子动力学中的影响可以用于量子技术。
2020-07-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Enhancement of the indistinguishability of single photon emitters coupled to photonic waveguides
实现大规模量子光子学的主要步骤之一是将单光子源（SPS）与光子集成电路（PIC）集成在一起。为此目的，PIC应提供有效的光耦合和光子不可吸收性的高度保持。因此，通过波导设计来优化不可逆性是特别相关的。在这项工作中，我们已经开发了一个分析模型来计算的耦合和不可逆性的一个理想的点源量子发射器耦合到光子波导取决于源的方向和位置。该模型已通过时域有限差分（FDTD）模拟显示一致的结果进行了数值评估。当发射器嵌入波导的中心时实现最大耦合，但有些令人惊讶的是，当发射器放置在波导的边缘时，最大不稳定性出现，在该边缘处，由于表面不连续性，电场更强。
2021-03-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Waveguide transport mediated by strong coupling with atoms
研究了偶极-偶极相互作用（DDI）下一维波导与量子发射链耦合的单光子散射特性。光子输运对倏逝耦合发射体的位置极其敏感。利用实空间哈密顿量推导了含两个辐射源的链在DDI作用下反射和透射振幅的解析表达式。两种情况下，其中两个发射器对称和非对称耦合到波导，进行了详细讨论。结果表明，由于DDI的存在，反射和透射典型光谱分裂为两个峰。光谱中的Fano最小值也可用于估计DDI的强度。此外，DDI使光谱强烈不对称，并在零透射的区域中创建透射窗口。文中还给出了由多个辐射源组成的链的散射谱。我们的关键发现是，DDI可以扩大高反射的频带宽度时，链由许多发射器。
2017-04-12 quant-ph
Resonant Parametric Photon Generation in Waveguide-coupled Quantum Emitter Arrays
本文提出波导耦合量子发射器阵列中时间调制共振频率产生参量光子的理论，将其解释为动力学卡西米尔效应，并证明可通过调制相位控制发射方向性与光子关联，同时揭示发射光谱对非谐性的依赖及单、双激发态共振。
2024-05-06 physics.optics quant-ph
Waveguide quantum electrodynamics in squeezed vacuum
研究了一般多辐射源系统与压缩真空库的耦合动力学，基于Weisskopf-Wigner近似导出了该系统的主方程。在这个理论中，我们考虑了压缩源位置的影响，这在以前的研究中通常被忽略。我们应用这个理论的准一维波导的情况下，在一维压缩是实验上可以实现的。我们表明，虽然偶极-偶极相互作用诱导的普通真空依赖于发射体的分离，由于压缩真空的双光子过程依赖于相对于压缩源的发射体的位置。通过改变发射体的位置，可以控制压缩真空中波导QED的退相率、衰减率和共振荧光。此外，我们还证明了当质心位置满足一定的条件时，任意初始态都可以达到相同辐射源的稳态最大纠缠NOON态。
2018-01-12 quant-ph
Passive photonic CZ gate with two-level emitters in chiral multi-mode waveguide QED
本文提出利用二能级发射体阵列与手性多模波导的耦合，在极化激元本征态间诱导非线性π相移，从而实现高保真度的确定性无源光子条件门，并指出其可在拓扑光子平台等系统中实现。
2024-07-08 quant-ph
Simple analytical model describing the collective nonlinear response of an ensemble of two-level emitters weakly coupled to a waveguide
本文提出解析模型研究弱耦合于单模波导的二能级发射体系综的集体非线性光学响应，推导了二阶相干函数与压缩谱，并证明其可生成非经典光态。
2025-03-07 quant-ph
Photon-Number-Resolving Detector Based on a Cascade of Waveguide-Coupled Quantum Emitters
本文研究由级联波导耦合Lambda型发射体组成的光子数可分辨探测器，利用格林函数和量子轨迹方法推导其在线性与非线性区的精度，发现该方案在现实条件下优于基于分束器空间解复用的传统探测器。
2025-07-11 quant-ph
Unconventional Quantum Electrodynamics with Hofstadter-Ladder Waveguide
我们提出了一种新的量子电动力学（QED）平台，其中量子发射器与霍夫斯塔德梯形波导相互作用。我们展示了几个有趣的现象，源于奇异色散关系和真空模式的有效自旋轨道耦合导致的属性，这在其他QED设置没有类似的。首先，假设发射体的频率与低频段共振，我们发现自发发射是手征的，并且大部分光场是单向衰减的。数值和分析结果表明，Hofstadter梯形波导可以被设计成一个性能良好的手征量子总线。第二，通过考虑它们的低频带以下的频率，探索了巨原子形式的发射体的动力学。由于量子干涉的存在，我们发现发射极-波导相互作用和束缚态的振幅都受到巨发射极尺寸的周期性调制。周期长度取决于自旋轨道耦合引起的能量极小点的位置。最后，我们考虑了两个巨辐射体之间的相互作用，发现当最大相消（相长）干涉发生时，它们的偶极-偶极相互作用消失（增强）。
2022-10-05 quant-ph
Emergent Quasiperiodicity from Polariton-phonon Hybrid Excitations in Waveguide Quantum Optomechanics
研究了周期性振动二能级发射体与波导光子相互作用中的极化激元-声子混合激发，它描述了发射体-光子极化激元和振动声子的集体激发。我们证明了一个相互作用引起的准周期结构的出现所造成的声子散射和波导介导的远程耦合之间的相互作用。这种准周期性从根本上改变了激发特性的subradiant制度，其特点是外观的拓扑边缘状态和遍历和多重分形激发之间的过渡。本文还提出了一种可能的实现方案，即在一个光阱附近用激光冷却的原子阵列来捕获原子。我们的研究结果表明，利用振动作为一种新的自由度的探索与波导量子电动力学系统的多体物理的可能性。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling single-photon scattering in a rectangular waveguide by a V-type three-level emitter
本文研究了矩形波导中V型三能级辐射体对单模区以外大范围入射光子的散射。利用Lippmann-Schwinger形式，解析地导出了完全透射和完全反射的充要条件。在单模区，通过调节发射极的参数，可以实现电磁感应透明（EIT）引起的完全透射和Fano共振引起的完全反射。但在多模区，除了输入态是相干叠加态外，没有理想反射，光子不可避免地会进入其他传播模式，这是由于发射体介导的波导模式间的间接相互作用。由有限截面引起的光子输运的其他显著特征包括反射共振的蓝移和截止频率效应。
2019-08-16 physics.optics quant-ph
Silicon nitride waveguides with intrinsic single-photon emitters for integrated quantum photonics
最近在氮化硅（SiN）中发现的室温本征单光子发射体为量子光源与成熟的SiN光子平台的无缝单片集成提供了独特的机会。在这项工作中，我们开发了一种新的方法来实现平面波导的低自发荧光SiN与本征量子发射器，并证明了单光子发射耦合到波导模式。从这些发射器所观察到的发射耦合被认为是符合数值模拟。单光子发射到波导模式的耦合通过光栅耦合器耦合出光子芯片的光的二阶自相关测量来确认。拟合二阶自相关直方图产生$g^{(2)}(0)=0.35\pm0.12$，无需光谱滤波或背景校正，输出耦合光子速率为每秒$10^4$计数。这证明了光子从SiN中的本征单光子发射器到由相同材料制成的单片集成波导的首次成功耦合。我们的工作成果为实现可扩展的，技术就绪的量子光子集成电路与固态量子发射器有效地接口铺平了道路。
2022-05-17 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Optimal two-photon excitation of bound states in non-Markovian waveguide QED
束缚态出现在波导QED系统中，发射极和光子模之间的耦合具有很强的频率依赖性。虽然用单光子波包激发这样的束缚态是不可能的，但由发射体介导的光子-光子相互作用可以用来用双光子态激发它们。在这封信中，我们使用散射理论提供上限的激发概率为一般的非马尔可夫波导QED系统，并表明，这一限制可以达到一个双光子波包与消失的不确定性的总光子能量。此外，我们还分析了具有多个束缚态的多发射极波导QED系统，并提供了一个系统的双光子波包的结构，可以激发这些束缚态的给定叠加。作为具体的例子，我们研究了具有单发射体和多发射体以及时滞反馈的波导QED系统中的束缚态俘获。
2020-09-18 quant-ph
Two-Photon Scattering by a Cavity-Coupled Two-Level Emitter in a One-Dimensional Waveguide
我们证明了在一维波导中，双光子输运可以被耦合到腔中的二能级发射体所调制。在普通情况下，由于多次反射和散射，透射光比没有腔体的情况具有更宽的频谱。但当两个光子与腔共振反射频率共振时，透射光的频谱变得比没有腔时的频谱窄。这意味着适当地调谐腔谐振频率可以改善光子-光子相互作用。此外，我们还发现在发射极跃迁频率的两侧，双光子强度关联函数几乎是相反的，而不是相同的，这正是双光子的Fano共振线的形状。这种效应对于降低光学MEMS器件中的功率阈值和传感应用是重要的。当发射极跃迁频率等于高Q腔的谐振频率时，我们的结果与最近的实验和理论相一致。
2011-11-28 quant-ph
Bimodal non-Gaussian photonic states from a single quantum emitter in a waveguide
Sorbonne Université, CNRS, ENS-PSL Research University, Collège de France（索邦大学、法国国家科学研究中心、巴黎文理研究大学、法兰西公学院）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Palacký University（帕拉茨基大学）
该研究利用耦合到手性波导的单个二能级系统，通过不同输入脉冲产生非高斯光子态，分析了耦合缺陷等影响并提出恢复手性相互作用的干涉方案，为相关量子态制备提供了可行路径。
2026-10-15 quant-ph
Programmable directional emitter and receiver of itinerant microwave photons in a waveguide
本文从理论上证明了单个微波光子在波导中的动态选择性双向发射和吸收。所提出的设备是一个人造分子，由两个量子比特耦合到波导四分之一波长分开。通过使用基于输入-输出理论的模拟，我们表明，在准备一个适当的纠缠态的两个量子比特，光子被定向发射的相消干涉的结果发生在右侧或左侧的量子比特。此外，我们证明了这种人工分子具有按需吸收和传输入射光子的能力，这是创建完全互连的一维量子网络所必需的功能，其中量子信息可以在任何两个给定的节点之间交换。
2020-11-26 quant-ph
Distant emitters in ultrastrong waveguide QED: Ground-state properties and non-Markovian dynamics
本文从自旋玻色子模型出发，在旋转波近似下研究了两个两能级辐射体与一维欧姆波导耦合系统的静态和动态性质。利用静态和动态极化子Ansätze方法研究了有限间距对两量子比特系统的类伊辛相互作用、量子比特频率重整化、基态磁化强度和纠缠熵的影响.基于以前的工作，我们推导出一个有效的近似哈密顿量的双杂质SBM保持激发数，从而方便的分析处理。特别是，它使我们能够引入非马尔可夫性所产生的延迟反馈效应在两个遥远的发射器在所谓的超强耦合（USC）制度。我们测试我们的结果进行了数值模拟的离散电路QED模型，找到完美的协议与以前的结果，并显示出有趣的动力学效应产生的超强波导QED与遥远的发射器。特别是，我们重新审视费米两原子问题表明，在USC制度，初始相关性产生两个不同的演化对称和反对称状态，甚至在发射器成为因果连接。最后，我们证明了集体动力学，例如，超辐射或亚辐射不仅受发射器之间的距离的影响，而且由于显著的频率重整化，还受耦合的影响。这构成了USC制度的另一个动态后果。
2021-11-02 quant-ph
Dynamical phases and quantum correlations in an emitter-waveguide system with feedback
我们利用极小模型研究了在发射极-波导系统中利用反馈产生和控制突现集体行为和量子关联。采用零差检测从激光驱动的发射器系综发射到波导的模式中的光子允许产生复杂的动态相位。特别是，我们展示了时间晶体相的出现，其转变由反馈强度控制。反馈还可以控制多体量子关联，这在发射体系综的自旋压缩中变得明显。发展涨落算符动力学的理论，我们讨论了反馈强度如何控制压缩，并研究了它的时间动力学和对系统大小的依赖。很大程度上的分析结果允许量化的自旋压缩和波动的限制，大量的发射器，揭示了临界缩放的压缩接近过渡到时间晶体。我们的研究证实了集成发射器波导系统的潜力-具有高度可控的光子发射通道-用于探索集体量子现象和产生资源，如压缩态，用于量子增强计量学。
2021-02-04 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Few-photon Transport in Fano-resonance waveguide geometries
我们对少光子传输中的法诺干涉效应进行了理论研究。在适当的条件下，光波导中的局部缺陷会引起高度非对称的传输线形状，这是Fano干涉的特征。对于一个两级发射器放置在这样的缺陷附近，在这里建模为一个部分传输的元素，我们发现一个完整的时间演化的单光子波包和发射器的激发概率的解析表达式。我们展示了部分透射元件如何影响发射器寿命并改变有效系统共振的光谱位置。使用输入输出的形式主义，我们确定的单光子和双光子$ S $矩阵的两个能级发射器和腔发射器系统耦合到波导与部分传输元件。我们展示了如何利用Fano干涉效应来实现一个类似于可调线性或非线性分束器的Hong-Ou-Mandel开关。
2020-04-16 quant-ph
Controlling emitter-field coupling in waveguides with a nanomechanical phase shifter
本文提出利用纳米光电机械移相器和光子晶体镜，实现量子点与波导光学模式的可控耦合，通过诱导镜面虚拟位移改变局部态密度，实现无腔条件下的自发辐射宽带调谐，为优化量子点发射体-场相互作用提供新方法。
2025-03-02 physics.optics quant-ph
Strongly correlated photon transport in waveguide QED with weakly coupled emitters
我们表明，强相关的光子输运可以观察到在波导中含有光学密集的合奏发射器。值得注意的是，这甚至发生在弱耦合效率。具体地说，我们计算了光子通过一个手性耦合系统的$N$两能级系统的弱相干场驱动下，其中每个发射器也可以散射光子的波导。光子相关性是由于非线性和耦合到损耗库的相互作用而产生的，这在透射光子之间产生了强有效的相互作用。高度相关的光子态比不相关的光子更不易受损失的影响，并且具有与$N$的幂律衰减。这是描述使用一个简单的通用渐近解由一个单一的尺度参数，描述光子聚束和功率传输。我们数值计算表明，随机放置的发射器，这些结果举行，即使在系统中没有手征。这种效应可以在现有的锥形光纤中观察到。
2018-09-17 physics.optics quant-ph
Small slot waveguide rings for on-chip quantum optical circuits
单发射器和光之间的纳米光子界面有望实现新的量子光学技术。在这里，我们使用有限元模拟和解析量子理论相结合的研究各种量子发射器与槽波导环的相互作用。我们预测，对于半径小到1.44 $μ$ m（Q = 27，900）的环，可以实现近1的发射极-波导耦合效率和1300量级的发射增强。通过调整环的几何形状或引入损失，我们表明，现实的发射极环系统可以是弱耦合或强耦合，使我们可以观察到拉比振荡的衰变动力学，即使是微米大小的环。此外，我们证明了槽波导环可以用于定向耦合发射，再次与近单位效率。我们的研究结果铺平了道路，集成固态量子线路涉及各种发射器。
2016-10-11 physics.optics quant-ph
Enhancing quantum transduction via long-range waveguide mediated interactions between quantum emitters
电磁信号在不同频率尺度之间的有效转换是现代通信技术以及新兴的量子信息处理领域的重要组成部分。波导光子学的最新进展使得光-物质耦合的突破成为可能，其中单独的二能级发射器与单独的光子强耦合。在这里，我们提出了一个方案，利用这种耦合，以提高性能的换能器之间的低频信号和光场在单个光子的水平上运行。具体来说，我们演示了如何设计波导中量子点之间的相互作用，以实现耦合到量子点的电场的有效转导。由于固态平台的可扩展性和可集成性，我们的传感器可能成为量子互联网节点的关键构建块。为了证明这一点，我们展示了它如何被用作可见光子和像超导量子比特这样的二能级系统之间的相干量子接口。
2019-08-15 quant-ph
