Quantum-Limited Amplification via Reservoir Engineering
我们描述了一种新的保相量子放大器，它利用了参数耦合三模玻色子系统中的耗散相互作用。耗散相互作用的使用提供了一个基本的优势，标准的基于腔的参量放大器：大光子数增益是可能的量子限制的附加噪声，没有限制的增益带宽产品。我们表明，该计划是足够简单，以实现在光机系统和超导微波电路。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamics in non-Hermitian systems with nonreciprocal coupling
Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute for Basic Science (IBS)（复杂系统理论中心，基础科学研究所）
研究非 reciprocity 耦合非厄运系统中初始状态放大的内在机制，通过分析复本征能量与非正交本征态的影响，揭示其动力学特性。
2023-07-22 quant-ph
Enhanced charging power in nonreciprocal quantum battery by reservoir engineering
Fujian Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optics, Department of Physics, Fuzhou University（福州大学量子信息与量子光学福建省重点实验室物理系）
通过非厄米特量子工程实现非互易量子电池，利用环境耗散抑制反向能量传输，提升充电效率与鲁棒性。
2025-12-08 physics.app-ph quant-ph
Quantum Back Action Evasion with Reservoir Engineering
提出结合储备池工程与速度测量的自由质量后作用规避方案，利用互易相互作用复现最优前馈双程速度计，力灵敏度超越标准量子极限，为腔光机械系统提供新途径。
2025-05-02 quant-ph
Nonreciprocal microwave signal processing with a Field-Programmable Josephson Amplifier
我们的现场可编程约瑟夫森放大器（FPJA）的设计和实施报告-一个紧凑的和无损的超导电路，可以编程\textit{in situ}由一组微波驱动器执行互易和非互易频率转换和放大。在这项工作中，我们演示了四种工作模式：频率转换（$-0.5~\mathrm{dB}$传输，$-30~\mathrm{dB}$反射），循环（$-0.5~\mathrm{dB}$传输，$-30~\mathrm{dB}$反射，$30~\mathrm{dB}$隔离），相位保持放大（增益$>20~\mathrm{dB}$，$1~\mathrm{photon}$的添加噪声）和定向相位保持放大（$-10~\mathrm{dB}$反射，$18~\mathrm{dB}$正向增益，$8~\mathrm{dB}$反向隔离，$1~\mathrm{photon}$的添加噪声）。该系统表现出定量与理论预测。基于Nb/Al-AlO $_x$ /Nb Josephson结的梯度超导量子干涉器件（SQUID），FPJA对磁通噪声具有一阶不敏感性，可在低温下无磁屏蔽工作。由于其灵活的设计和与现有超导制造技术的兼容性，FPJA提供了一条直接的途径，可以与超导量子电路（如量子比特或微波光机系统）进行片上集成。
2016-12-05 quant-ph
Optimal unidirectional amplification induced by optical gain in optomechanical systems
提出了一种实现单向放大的光非互易传输的三模光机系统，该系统由两个耦合腔和一个只与其中一个腔相互作用的机械谐振器组成。另外，光学增益被引入到光机械腔中。研究发现，对于强的光输入，光透射系数可以在特定方向上被极大地放大，而在相反方向上被抑制。解析地给出了最佳透射系数和相应隔振比的表达式。我们的研究结果铺平了道路，设计高品质的非互易装置的基础上光机系统。
2020-08-04 physics.optics quant-ph
Manipulation of information flow and thermodynamic performance in nonreciprocal quantum dot information engines
Shanghai University（上海大学）
本文通过扩展热力学第二定律，研究非互易耦合对双量子点信息引擎中信息流和热力学性能的调控机制，并证明非互易性可等效映射为有效互易系统。
2026-05-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Effects of reservoir squeezing on the amplification of quantum correlation
本文研究压缩真空库中两个无相互作用量子比特的量子失协动力学，揭示库压缩相位和强度对临界时间及量子失协放大的调控作用，并提出通过调节压缩参数和初始参数缩短量子速度极限时间的方法。
2024-01-22 quant-ph
Nonreciprocal Quantum Mpemba Effect
Qufu Normal University（曲阜师范大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
研究非互易量子姆潘巴效应，通过交换耦合开放量子系统的两个同构储能器参数来开启或关闭该效应，此操作改变刘维尔算子，非互易性由本征向量承载，在例外点有特殊表现。
2026-07-15 quant-ph
Realization of directional amplification in a microwave optomechanical device
微波信号的定向传输或放大在涉及敏感测量的各种应用中是必不可少的。在这项工作中，我们在实验中展示了如何使用一个通用的腔光学机械设置，以非相干放大微波信号在一个方向上超过3 GHz的9分贝，并同时衰减在相反方向的传输21分贝。我们使用的装置包括两个片上超导谐振器和两个金属鼓膜机械振荡器。四个微波泵浦音调频率的应用允许根据传播方向为信号音调设计相长干涉或相消干涉。该器件还可以配置为具有无损非互易传输和18 dB隔离的隔离器。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
The reverse flow and amplification of heat in a quantum-dot system
结果表明，当在两个不同统计分布函数描述的储层之间嵌入一个量子点时，通过调节量子点的能级和两个储层的化学势，可以实现热量的反向流动和放大.计算了量子器件的反向热流和放大系数。这种装置的新颖之处在于，热量的反向流动不需要外部驱动力，这种看似矛盾的现象并不违反热力学热力学定律。进一步阐明了量子器件具有一定的实际应用。例如，该设备可以用作微/纳米冷却器。此外，冷却器的性能特性，揭示了不同的分布函数。计算了冷却器在不同工况下的性能系数，给出了关键参数的优化选择准则。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal light transmission via optomechanical parametric interactions
光或微波信号的非互易传输在涉及敏感测量的各种应用中是必不可少的。在本文中，我们研究了光机械诱导定向放大和隔离的一般设置，包括两个腔和两个机械振荡器，通过专门使用蓝色边带驱动音。由两个腔模式定义的输入和输出端口分别通过由两个机械谐振器介导的相干和耗散路径耦合。通过选择合适的传输相位和驱动场强度，可以在较低的热温度下实现定向放大器或隔离器，它们都表现出工作在两个镜像频率的双向非互易性。非互易器件可以通过光学和微波领域的光机械和机电装置来证明。
2021-10-21 quant-ph
Controllable single-photon nonreciprocal transmission in a cavity optomechanical system with a weak coherent driving
研究了单光子在腔光机械系统中的非互易传输，其中腔支持顺时针和逆时针循环光模，机械谐振腔由弱相干驱动激发，信号光子由一系列脉冲组成，每个脉冲只有一个光子.我们发现，如果输入态是单光子态，仅从透射谱的角度研究非互易性是不够的，因为非互易性发生的频率远离单光子的峰值频率。因此，我们通过比较输入场和输出场的频谱来显示非互易传输行为。在我们的系统中，通过改变弱相干驱动的幅度，可以实现信号在单光子水平上从单向隔离到单向放大的转变。讨论了机械热噪声对单光子非互易传输的影响。
2018-04-10 quant-ph
Nonreciprocal Quantum Batteries
本文通过储库工程引入非互易性，实现从充电器到电池的定向能量流，使电池能量提升四倍，并扩展至手性网络以增强存储容量。
2024-01-10 physics.optics quant-ph
Gravimetry enhanced by nonreciprocal optomechanical coupling
本文提出利用耗散光机械腔中的非互易耦合测量重力加速度，证明其在强单光子驱动、双光子临界点及弱驱动量子 Fisher 信息等情形下均优于互易耦合。
2025-05-14 quant-ph
Nonreciprocal interaction and entanglement between two superconducting qubits
本文提出在超导平台上结合相干与耗散耦合实现两量子比特的非互易相互作用，并利用间距调控产生非互易纠缠，无需非线性或复杂构型，可用于量子信息处理与量子网络构建。
2024-11-11 quant-ph
Cascade-induced high-performance nonreciprocal quantum batteries
Xiamen University（厦门大学）；Shenzhen Research Institute of Xiamen University（厦门大学深圳研究院）
本研究采用级联开放量子系统形式，克服了先前Lindblad主方程的不一致性，实现了与互易系统相比十六倍的稳态非互易能量优势，并揭示了依赖于耗散的电池到充电器效率，为高性能量子能量存储奠定了严谨基础。
2026-09-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Generalized nonreciprocity in an optomechanical circuit via synthetic magnetism and reservoir engineering
合成磁性已被用于控制电荷中性激发的应用范围从经典的光束转向量子模拟。在光力学中，辐射压力诱导的光学（光子）和机械（声子）激发之间的参数耦合可以用来打破时间反演对称性，为合成磁性提供先决条件。在这里，我们设计和制作了一个硅光机械电路与两个光机械腔之间的光学和机械连接。用相位相关的激光驱动两个腔导致合成的磁通量，其与机械浴的耗散耦合相结合，导致具有35 dB隔离的光子的非互易传输。此外，使用蓝色失谐光的光泵浦表现为光子和声子之间的粒子非守恒相互作用，导致在隔离器直通方向上的12dB的定向光放大。这些结果表明，利用光机械电路，以创建一个更一般的类的非互易光学器件的可行性，并进一步，使新的拓扑相位的光和声音的微芯片上。
2016-08-11 physics.optics quant-ph
Thermal noise cancellation for optomechanically induced nonreciprocity in a whispering-gallery-mode microresonator
针对单光子/少光子水平光力学非互易效应中的热噪声抑制难题，本文提出在回音壁模式（WGM）微谐振器中通过量子干涉消除热噪声的方案，实现非互易传输与放大，无需预冷机械模式至基态。
2024-11-28 physics.optics quant-ph
Amplification of quantum signals by the non-Hermitian skin effect
非厄米趋肤效应（NHSE）是一种现象，其中某些非厄米晶格哈密顿量，特别是那些具有非互易耦合的哈密顿量，可以容纳大量的本征模凝聚到边界，称为趋肤模。虽然NHSE主要是在经典制度的研究，我们表明，它也可以体现在量子系统中包含玻色子数非守恒过程所产生的均匀参数驱动。我们研究晶格的耦合非线性谐振器，可以作为互易量子放大器。表现出NHSE的一维链可以在皮肤模式的帮助下执行强光子放大，其随链长度呈指数级缩放，并且优于缺乏NHSE的替代晶格配置。我们还表明，二维非线性晶格可以进行不同的晶格角之间的定向光子放大，由于二维NHSE。
2022-03-09 physics.optics quant-ph
Thermal rectification and heat amplification in a nonequilibrium V-type three-level system
研究了非平衡V型三能级系统中的热整流和热放大效应。应用Redfield主方程结合全计数统计分析了稳态热输运。实验结果表明，噪声诱导的干涉可以对热电流进行整流，这为量子热整流器的设计提供了一种新的思路。在三个水库的设置，热放大被清楚地确定远离平衡，这是在没有负微分热导。
2019-03-04 quant-ph
Enhancing Nonreciprocity through Squeezing-Induced Symmetry Breaking
Quantum Information Institute, School of Physics and Laboratory of Zhongyuan Light, Zhengzhou University（郑州大学物理学院量子信息研究所中原之光实验室）；Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Structures and Quantum Control of Ministry of Education, Department of Physics and Synergetic Innovation Center for Quantum Effects and Applications, Hunan Normal University（湖南师范大学物理系低维量子结构与量子控制教育部重点实验室量子效应与应用协同创新中心）；College of Science, National University of Defense Technology（国防科技大学理学院）；Institute of Quantum Materials and Physics, Henan Academy of Sciences（河南省科学院量子材料与物理研究所）
研究通过引入χ(2)非线性实现压缩，增强由共同库耗散诱导的非互易耦合，发现压缩可指数级增强有效耦合，但依赖于系统配置，并应用于量子电池和光隔离器。
2026-07-03 quant-ph
Connection-topology--dependent energy transport and ergotropy in quantum battery networks with reciprocal and nonreciprocal couplings
Quantum Information Institute, School of Physics and Laboratory of Zhongyuan Light, Zhengzhou University（郑州大学物理学院量子信息研究所中原光实验室）；School of Physics and Technology, Central China Normal University（华中师范大学物理科学与技术学院）；Institute of Quantum Materials and Physics, Henan Academy of Science（河南省科学院量子材料与物理研究所）
研究量子电池网络中能量传输与ergotropy，分析不同连接拓扑下的最优耦合规律及热力学效应，揭示传输工程设计原理。
2026-07-24 quant-ph
Dissipative Generation of Currents by Nonreciprocal Local and Global Environments
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；University of Geneva（日内瓦大学）
该研究通过矩阵乘积态方法模拟，发现将原子隧穿项耦合到损耗光学腔的全局场，可稳定多体硬核玻色原子链的长时间有限电流与电流-电流关联，优于局域隧穿直接耗散的设置。
2026-08-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optimizing mechanical entanglement using squeezing and parametric amplification
本研究提出一种光力学系统方案，借助腔内压缩与压缩库场的量子态转移优化纳米机械谐振器纠缠，明确多参数对纠缠的影响，为量子传感与信息处理应用提供可行路径。
2025-06-18 quant-ph
Unavoidability of nonclassicality loss in PT-symmetric systems
本文通过Heisenberg-Langevin方法分析PT对称系统中两个非线性耦合振子模式，证明库涨落导致的非经典性和纠缠损失无法通过非相干放大补偿，并借助两个替代模型阐明了库涨落在长时间演化中的关键作用。
2023-08-25 quant-ph
Proposal to produce long-lived mesoscopic superpositions through an atom-driven field interaction
我们提出了一个建议，生产寿命较长的介观叠加依赖于两个要求：参量放大和压缩真空库的腔场状态。我们的方案涉及一个二能级原子与腔场的相互作用，腔场同时受到放大过程的影响。
2004-01-08 quant-ph
Reservoir-engineered squeezed lasing through the parametric coupling
首次实验演示储层工程光学参量振荡器（OPO）中的压缩激光，通过耦合第二个OPO的压缩真空增强参量相互作用，规避退相干并消除自发发射噪声，产生-6.1 dB窄线宽高亮度压缩激光，为量子计量和光学应用提供启示。
2025-07-08 quant-ph
Quantum reservoir computing induced by controllable damping
针对量子储层计算缺乏可调且稳定的非幺正演化方法的问题，提出一种通过受控旋转诱导阻尼的算法，实现零态可调放大并提升记忆保留能力，在容错硬件上实现稳健可扩展的量子随机计算。
2025-08-20 quant-ph
Optical nonreciprocity induced by quantum squeezing in temperature sensitive optomechanical systems
本研究探究χ⁽²⁾微环光力学系统中由定向量子压缩诱导的光学非互易性，揭示热声子数对单光子传输隔离比及光子关联统计特性的影响，提出其可用于超低温精密温度测量，丰富量子网络与量子信息处理应用。
2025-03-19 quant-ph
Giant photon gain in large-scale quantum dot circuit-QED systems
受最近在工程混合量子系统中产生相干光的实验的启发，我们研究了耦合到量子点结构的微波光子腔中的增益，并提出了实现光子传输巨放大的具体方向。我们提出了两种用于按比例放大电子增益介质的架构：（i）$N$双量子点系统（N-DQD），（ii）类似于量子级联激光器设置的串联排列的$M$量子点。在这两种设置中，费米子库是电压偏置的，量子点耦合到单模腔。光放大是基于传输函数的求和规则来解释的，它是由两个不同过程之间的复杂竞争决定的：增益介质中的电荷密度响应，以及输入和输出端口的腔损耗。同样的设计原理也负责在其他光子观测量、平均光子数和发射光谱中的相应巨放大，从而实现表现为巨微波放大器的量子器件。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhancement of Quantum Excitation Transport by Photonic Nonreciprocity
两个二级发射器之间的增强的相互作用（例如，利用非互易性光子介质对原子进行光传输，可以在从量子信息科学到生物检测的广泛领域中受益。在这里，我们提供了一个详细的分析，为什么非互易光子介导的相互作用增强原子间激发传输效率。我们研究了一个由两个两能级发射器嵌入在一个通用的光子环境中的系统。通过比较对称和非对称的光子交换，我们分析表明，打破电磁互易性使得合作衰变率超过自发衰变率，即使在一个不对称的均匀系统。这意味着发射器的激发必须主要衰减到另一个发射器中，而不是泄漏和耗散到储存器光子模式中。我们还提供了一个例子，其中一个两级发射器链主要通过等离子体波导的倒易模式相互作用。然后，我们表明，在这样的系统中，通过驱动直流电流通过等离子体材料来打破互易性，可以大大增加从一个发射器到另一个发射器的光子发射的概率，从而导致量子能量传输效率的数量级增强。
2022-04-26 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Reservoir-controlled electromagnetically induced gratings in a weakly driven two-level medium
Abbottabad University of Science and Technology（阿伯塔巴德科学与技术大学）；P. J. Šafárik University（P.J.萨法里克大学）；Government College University（政府学院大学）；Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM)（基础科学研究所）
研究弱驱动二能级介质中电磁感应光栅的传输与衍射，通过工程化量子储层（热库、压缩真空库）调控探针光响应，实现衍射效率与方向性的主动控制。
2026-06-15 physics.optics quant-ph
Quantum state preparation of spin eigenstates including the Dicke states with generalized all-coupled interaction in a spintronic quantum computing architecture
利用多体纠缠作为各种量子信息处理任务的资源已经有了广泛的发展。本文主要研究了任意自旋本征态的制备，这些本征态的子集包含了重要的纠缠源，如Dicke态以及其他一些难以制备的亚辐射态。利用这些状态的对称性，我们考虑每对量子比特之间的均匀成对交换耦合。从给定自旋本征态与单个量子比特态的乘积态开始，可以使用简单的时间演化来制备另一个自旋本征态。这种扩展铺平了一个确定性的方法来准备任意的Dicke状态的线性步骤。我们讨论了在此成本建立在以前的工作W状态确定性准备对数电路深度的改进。改进的算法需要多次迭代将自旋角动量泵入系统，类似于Grover搜索中的振幅放大。作为一个用例来演示所提出的方案，我们选择了一个系统的非相互作用的静态自旋量子连接到一个铁磁水库。从储存器中出现的飞行量子位连续地与静态量子位局部相互作用，介导所有对之间的间接交换相互作用。
2020-08-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonequilibrium Quantum Batteries: Amplified Work Extraction Through Thermal Bath Modulation
本文研究多热库环境下两单元和三单元量子电池的稳态功提取，发现提高中间热库温度可显著增强可提取功，并揭示ergotropy与单元间耦合强度存在最优区间，为高性能量子电池设计提供理论依据。
2025-02-08 quant-ph
Reservoir-Engineered Low-Threshold Quantum Energy Storage
University of Gdańsk（格但斯克大学）；University of Calgary（卡尔加里大学）
研究如何实现快速充电量子电池，通过引入储库工程化量子电池，利用双光子驱动充电器与电池模式经有损介质耦合，得到简化模型，其有泵浦诱导阈值，相比相干基准在低泵浦幅度下达破裂状态，降低临界泵浦功率，提供低阈值量子能量存储途径。
2026-07-10 quant-ph
A Novel Hybrid Quantum Reservoir Computing (nHQRC) for Phase Transition Detection in Non-Equilibrium Dynamical Systems
Savitribai Phule Pune University（萨维特里巴伊·普勒浦那大学）
研究针对非平衡动力系统相变检测问题，提出新型混合量子储层计算(nHQRC)框架，通过特定模型投影、优化技术及量子态跟踪构建轨迹预测，相比经典基准显著提高效率并减少轨迹衰减，建立近量子态检测蓝图。
2026-07-21 cs.LG q-fin.CP q-fin.ST
Optimization of cooling load in quantum self-contained fridge based on endoreversible approach
我们考虑一个量子自含冰箱，它由三个量子比特组成，分别与三个独立的热源相互作用，并且在没有任何外部控制的情况下运行。应用内可逆热力学的方法，我们推导出显式表达式的冷负荷与效率的这种冰箱，这表明这两个量之间的权衡行为，从而使讨论的热经济性能优化。我们还讨论了一个简单的修改，从原来的冰箱结构的冷负荷放大的可能性。
2015-10-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Preparation and control of a cavity-field state through atom-driven field interaction: towards long-lived mesoscopic states
近年来，通过原子与光场相互作用制备辐射场和物质场的介观态已成为一种新的研究方法，并在量子光学中得到了广泛的应用。在这里，我们提出了一种技术的制备和控制的腔模式，除了与二能级原子相互作用，同时提交的线性和参量放大过程。放大控制场在实现真实介观态中的作用是产生高度压缩的场态，从而增加：i）所制备的叠加的分量之间的相空间中的距离和ii）这种叠加的平均光子数。当压缩叠加态受到类似压缩库的作用时，我们证明了在特定条件下，态的退相干时间与其分量之间的相空间距离和平均光子数无关。一个解释，以支持这一显着的结果，连同我们的建议的实验实施的讨论。我们还展示了如何产生一些国家的quantiities高于那些来自循环状态。
2004-01-08 quant-ph
Giant critical response in a driven-dissipative quantum gas
Blackett Laboratory, Imperial College London（帝国理工学院布莱克特实验室）；Department of Physics, Indian Institute of Technology, Bombay（印度孟买理工学院物理系）；Mode Labs Ltd.（Mode Labs有限公司）；EPSRC National Centre for III-V Technologies, University of Sheffield（谢菲尔德大学EPSRC第三至第五族技术国家中心）
研究揭示了驱动-耗散量子系统中临界响应的放大机制，通过实验发现自发强度波动的临界减缓与微弱泵浦扰动的放大在特定粒子数处达到一致，表明临界性在非平衡系统中依然成立。
2026-05-11 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
