Polariton states in circuit QED for electromagnetically induced transparency
电磁感应透明（EIT）在各种系统中得到了广泛的研究。然而，在超导量子线路（SQCs）中，由于EIT所对应的强控制场的拉比频率受到SQCs的衰减速率的限制，因此很难观察到EIT。在这里，我们表明，EIT可以通过工程衰变率在超导电路QED系统通过一个经典的驱动场的量子比特。在没有驱动场的情况下，超导量子比特和腔场在大失谐区域近似解耦，因此系统的本征态近似为腔场和量子比特态的乘积态。然而，驱动场可以强烈地混合这些产物态，并且可以形成所谓的极化激元态。驱动场可以调节极化激元态中量子比特和腔场的态权，从而改变极化激元态的衰减速率。在这种驱动电路QED系统中，我们选择了一个具有$Λ$型跃迁的三能级系统，并演示了如何在这个复合系统中实现EIT和ATS。我们相信，这一研究将有助于EIT实验使用SQCs。
2016-02-03 quant-ph
Tunneling-assisted optical information storage with lattice polariton solitons in cavity-QED arrays
考虑两个能级介质中的弱耦合纳米腔阵列，我们揭示了各种动力学制度，如扩散，自陷，孤立子，呼吸子的波包中存在的光子隧穿过程中的下一个最近的腔。我们的注意力集中在低支（LB）亮极化激元孤子的形成，由于两体极化激元-极化激元散射过程。当失谐频率被精确控制时，低支晶格极化激元局域态，即，即在类光子状态和类物质状态之间演化的孤子和呼吸子，被示出作为用于光学信息的空间分布存储和检索的载体。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon and polariton fluctuations in arrays of QED-cavities
我们提出通过研究线性尺寸为M（以阵列的晶格常数为单位）的块中的极化激元和光子涨落来探测耦合腔阵列中的莫特绝缘体-超流量子相变。我们明确地表明这是一个一维数组;然而，分析可以扩展到更高的维度。在Mott相极化激元涨落与块体尺寸无关。在超流相中，它们随M增长，前因子与系统的可压缩性有关。在光子涨落的情况下，临界行为被编码在子领先标度与块尺寸，而领先的行为是线性的M和非临界。我们的结果是用密度矩阵重整化群数值算法得到的。
2008-06-05 cond-mat.other quant-ph
Nonadiabatic holonomic quantum computation with all-resonant control
超导量子线路上的完整量子计算的实现是一个挑战，这是由于多电平系统之间的可控复杂耦合的普遍要求。在这里，我们解决了这个问题，提出了一个可扩展的电路QED晶格与简单的实现一套通用的非绝热完整量子门。与现有方案相比，通过对无消相干子空间中的逻辑量子比特进行传输线-传输线混合编码，可以实现单逻辑量子比特门和双逻辑量子比特门的可调谐全谐振设计.这种独特的优点导致量子门具有非常快的速度，因此具有非常高的量子效率。因此，我们的方案为高保真非绝热完整量子计算的实际实现铺平了道路。
2016-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Universal and ultrafast quantum computation based on free-electron-polariton blockade
腔量子电动力学（QED），其中量子发射器耦合到电磁腔模式，是用于实现量子传感器，存储器和网络的强大平台。然而，由于门保真度和执行时间之间的基本权衡，以及有限的可扩展性，使用腔QED进行量子计算被其他架构所取代。在这里，我们引入了一个新的元素腔QED-一个自由带电粒子，作为一个飞行的量子比特。使用自由电子作为一个具体的例子，我们证明了我们的方法，使超快，确定性和通用的离散变量量子计算的腔QED为基础的架构，具有潜在的改进的可扩展性。我们的建议取决于一个新的激发阻断机制之间的共振相互作用的自由电子和腔极化激元。这种非线性相互作用比目前基于光子的腔QED门快几个数量级，具有广泛的可调谐性，并可以表现出接近统一的性能。此外，我们的计划是无处不在的任何腔非线性，无论是由于光-物质耦合的Jaynes-Cummings模型或由于光子-光子相互作用的克尔型多体系统。除了在腔QED量子计算方面有希望的进展之外，我们的方法还为高度纠缠光子图态的超快和确定性生成铺平了道路，并且适用于涉及腔QED的其他量子技术。
2023-03-23 quant-ph
Robust Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates on Decoherence-Protected Qubits
获得高精度、高鲁棒性的量子门是实现可扩展量子计算的关键，而利用几何相位实现量子门是一种很有前途的方法，它可以大大降低局部噪声的影响。为了获得鲁棒的量子门，本文提出了一种结合几何相位方法和动力学校正技术的量子操纵方案，该方案可以有效地抑制不完全控制引起的X误差.此外，为了对退相干效应和随机量子比特频移Z误差具有鲁棒性，我们还提出了基于极化子量子比特的方案，极化子量子比特是光-物质相互作用的本征态，由于其近对称的能谱，它不受这两种误差的影响。最后，我们的方案在超导电路上实现，这也简化了以前的实现。由于我们的方案可以大大减少主要的错误，它提供了一个有前途的策略，可扩展的固态容错量子计算。
2021-10-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Polariton Mott insulator with trapped ions or circuit QED
我们考虑晶格极化激元的Jaynes-Cummings-哈伯德模型的变体，考虑次近邻，对角和长距离光子跳跃在一个和两个维度。这些模型是相关的潜在的实验实现的极化激元莫特绝缘体的基础上捕获的离子或微波带状线谐振器。我们得到的莫特超流相边界和计算激发光谱莫特阶段使用数值和分析方法。包括额外的跳跃项导致一个更大的莫特相位的情况下，被困离子，和一个更小的莫特相位的情况下，带状线谐振器，与原始模型相比，最近邻跳跃。跃迁的临界跳跃在一维中变化高达约50%，在二维中变化高达约20%。相反，激发光谱基本上不受影响。
2012-01-09 cond-mat.str-el quant-ph
Cavity QED implementation of non-adiabatic holonomies for universal quantum gates in decoherence-free subspaces with nitrogen-vacancy centers
提出了一种在无消相干子空间中实现非绝热完整量子计算的腔QED方案，其中氮空位中心与微球腔的回音壁模共耦合，在微球腔中的量子比特上可以实现一组通用的量子门.在我们的实现中，在适当的驱动场的辅助下，量子演化对仅虚激发的腔场态不敏感。利用氮空位中心的Λ型三能级构型中的光学跃迁，所实现的非绝热完整性可以用于在编码的逻辑量子比特上构造通用的量子门集合。因此，我们的方案开辟了在具有长相干时间的固态自旋上实现具有腔辅助相互作用的普适完整量子计算的可能性。
2015-05-20 quant-ph
Nonadiabatic holonomic quantum computation with dressed-state qubits
实现完整量子计算是一项具有挑战性的任务，因为它需要多级系统之间的复杂相互作用。本文提出了在电路QED中实现基于缀饰态量子比特的非绝热完整量子计算。利用外加微波场并调节其振幅和相位，可以方便地实现任意完整单量子比特门。同时，非平凡的两量子比特门可以实现在耦合腔的情况下，通过接地SQUID与可调相互作用的帮助下，其中的调谐是通过调制通过SQUID的交流通量实现的。此外，我们的建议是直接可扩展的，一个二维的晶格配置。在本方案中，修饰态只涉及每个transmon量子比特的最低两个能级，并且所利用的有效相互作用都是共振性质的。从而揭示了在超导电路上实现完整量子计算的主要困难。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Universal holonomic quantum gates in decoherence-free subspace on superconducting circuits
为了实现一组基于非阿贝尔几何相位的通用量子逻辑门，传统的观点是需要超过两个能级的量子系统，这对于超导量子比特来说是非常困难的，这似乎是为什么在最近的实验中只实现单量子比特门的主要原因[A. A. Abdumalikov Jr \emph{et al} .，Nature 496，482（2013）]。本文提出在无消相干子空间中利用电路QED实现非绝热完整量子计算，其中只需要传输子比特中的两个能级，一个通常的相互作用，以及一个最小的无消相干子空间编码资源.特别是，我们的方案不仅克服了以往研究中遇到的困难，而且仍然可以获得相当大的有效耦合强度，从而可以实现高保真度的量子门。因此，本方案为利用超导电路实现鲁棒完整量子计算提供了一条很有前途的途径。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Emergent photon pair propagation in circuit QED with superconducting processors
提出了一种实现光子对在三能级超导电路阵列中传输的方法。假设实验上可达到的具有强非谐性的三能级人工原子通过微波传输线在一维和二维耦合，我们分析了电路的量子电动力学（QED）系统。我们明确地表明，对于一个适当的选择不同的水平之间的耦合比，单光子的传播被抑制和光子对的传播出现。光子对的这种传播导致了与系统相关的极化激元对超流。我们计算了极化激元量子物质的完整相图，揭示了夹在真空和莫特绝缘体状态之间的对超流相，对应于强耦合制度中的极化激元密度等于2。
2020-02-27 cond-mat.quant-gas quant-ph
Solitons in cavity-QED arrays containing interacting qubits
我们揭示了弱耦合光腔阵列中极化子孤子解的存在性，每个光腔都包含一个相互作用的量子比特系综。在连续极限下，考虑腔场耗散和量子比特退相的影响，导出了一个有效的复Ginzburg-Landau方程。我们已经表明，诱导的非线性增强可以实现两个数量级的负相互作用强度，这意味着一个大的负量子位场失谐以及。亮孤子被发现支持扰动下，只有在上（光学）分支的极化激元，相应的群速度是通过调整相互作用强度控制。借助孤子微扰理论，我们还证明了扩散过程对这些极化激元孤子的群速度有抑制作用。
2012-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal pair-polaritons in a strongly interacting Fermi gas
腔量子电动力学（QED）操纵光与物质的耦合，并允许多个发射器与一个光模式相干耦合。然而，即使是在多体系统中，光-物质耦合机制也仅限于一体过程。利用腔QED对复杂的多体系统进行量子模拟，迄今为止依赖于多光子过程，将光-物质相互作用缩小到多体问题的低能量和慢时间尺度。在这里，我们报告的腔QED实验中使用的分子跃迁在强相互作用的费米气体，直接耦合腔光子对原子。强光-物质和强粒子间相互作用的相互作用导致了很好分辨的对极化激元，即相干混合光子、原子对和分子的混合激发。对极化激元光谱对原子间相互作用的依赖是普遍的，独立于所使用的过渡，展示了在基态和光谱中的对相关之间的直接映射。这代表着多体效应在能量上放大了两个数量级。在色散制度，它使快速，最小的破坏性测量对相关性，并开辟了道路，他们的测量在量子极限和他们的相干操纵使用动态的，量化的光场。
2021-03-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Absorption and Photoluminescence in Organic Cavity QED
有机微腔可以被设计成达到强和超强光-物质耦合的奇异量子机制。然而，由于涉及电子、振动和腔光子的相干过程和耗散过程之间的竞争，对其光谱信号的微观解释可能具有挑战性。我们在这里开发的Holstein-Tavis-Cummings模型和马尔可夫处理耗散的基础上的理论框架，以解释以前无法解释的有机微腔的光谱特征一致。我们确定了暗振动极化激元的形成条件，这是一类新的光物质激发，在吸收中不可见，但会导致强烈的光致发光线。我们发现，光子泄漏从暗电子振动极化激元可以负责增强光致发光在较低的极化激元频率，也解释了明显的击穿的吸收和发射之间的互易性在附近的裸分子跃迁频率。与实验数据的成功比较证明了我们的理论的适用性。
2016-11-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Cavitylike strong coupling in macroscopic waveguide QED using three coupled qubits in the deep non-Markovian regime
我们引入了一个三量子比特波导QED系统来模拟最近实验中实现的探测量子比特嵌入类原子镜的腔-QED强耦合机制。然后，我们将这个系统扩展到深非马尔可夫制度，并展示了深远的作用，延迟上的着装共振，允许显着提高极化激元寿命（由许多数量级），调谐的共振，以及实现Fano的共振和同时耦合到多个腔模式。精确的格林函数解决方案的光谱共振，和量子动力学模拟使用矩阵乘积状态，在那里我们展示了额外的控制腔QED系统使用手性探针量子比特。
2021-06-30 quant-ph
Ab-initio non-relativistic quantum electrodynamics: Bridging quantum chemistry and quantum optics from weak to strong coupling
将Born-Huang展开式应用于长波近似下的非相对论量子电动力学（QED）的完整核-电子-光子哈密顿量，导出了光子能面上的电子和极化子能面上的原子核的精确耦合方程组.该理论无缝地描述了原子核、电子和光子之间的多体相互作用，包括电磁场的量子涨落，并提供了一个合适的第一性原理框架来描述QED化学现象。由于光子表面和相应的非绝热耦合元件可以解析地求解，所得到的扩展可以被带入一个紧凑的形式，这使得我们能够以简单直观的方式分析耦合的核-电子-光子系统的各个方面。此外，我们还讨论了精确量子处理和Floquet理论之间的结构差异，并展示了如何调整Floquet理论的现有实现以遵守QED。从这个广义的Born-Huang展开式可以导出极化子表面上原子核的一个修正的Born-Oppenheimer近似。这种形式允许直接应用量子化学的第一原理方法，如耦合簇或组态相互作用方法到QED化学。通过限制这种广义的玻恩-奥本海默近似的基组，我们进一步桥梁量子化学和量子光学恢复简单的模型耦合的物质-光子系统中使用的量子光学和极化激元化学。最后，我们强调数字简单的几个层次的模型可能会导致物理错误的预测，即使在弱耦合制度，并显示如何从第一原理推导出有助于检查和推导物理可靠的简化模型。
2018-08-11 quant-ph
Van der Waals enhancement of optical atom potentials via resonant coupling to surface polaritons
目前的气相中性原子腔量子电动力学实验越来越依赖于激光冷却和光学、磁光或静磁捕获方法来提供亚微米级的原子局域化。在自由空间中难以实现，如果所需的原子位置接近固体表面的几百纳米内，则该目标进一步受到原子-表面相互作用的阻碍，如在结合单片电介质光学谐振器（例如微球、微环、微盘或光子晶体缺陷腔）的设置中的情况。通常在这种情况下，可以忽略范德华相互作用的最小原子-表面分离被认为是相关捕获方案的最佳定位点，但这种保守的策略通常会损害可实现的腔QED耦合强度。在这里，我们提出了一种新的方法来设计的光学偶极阱原子限制近表面，利用强的表面相互作用，而不是避免它们，并提出了基于$^{39}$ K原子和铟锡氧化物（ITO）的数值研究的结果。我们的理论框架指出了利用纳米图案化方法来设计原子-表面相互作用的新修饰的可能性。
2009-05-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Circuit QED lattices: towards quantum simulation with superconducting circuits
Jaynes-Cummings模型描述了光子与单个二能级原子之间的耦合，简化了光与物质相互作用的表示。在电路QED中，这个模型是通过将微波谐振器和超导量子比特结合在具有前所未有的实验控制的微芯片上来实现的。将量子比特和共振器排列成格子的形式，实现了一种新的哈伯德模型，Jaynes-Cummings-哈伯德模型，其中的元激发是极化激元准粒子。由于光子系统的真正开放性，电路QED晶格提供了研究集体行为、强关联和非平衡物理之间复杂相互作用的可能性。因此，将电路QED转变为用于量子模拟的架构，即，用一个控制良好的系统来模拟另一个系统的复杂量子行为，这对理论家来说太令人生畏了，无法正面解决，这是一个令人兴奋的想法，它曾一度成为理论家的游乐场，现在也开始在实验中流行起来。本文综述了在这方面的最新理论建议和实验工作的总结。
2012-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-Hermitian Waveguide Cavity QED with Tunable Atomic Mirrors
本文研究了由可调原子二聚体镜构成的开放腔，发现其具有反$\mathcal{PT}$对称性及简并超模，并确定了实现强相干腔-原子耦合的反射阈值，为量子光学与计算提供了非厄米理论。
2023-09-12 quant-ph
Non-reciprocal Cavity Polariton with Atoms Strongly Coupled to Optical Cavity
本文实验展示了多原子与法布里-珀罗腔强耦合的手性腔QED系统，通过极化原子内态打破时间反演对称性，在线性区实现单光子级超过30 dB的光学隔离，并验证了零磁场工作和隔离方向可重构性，非线性区还观察到非互易非经典统计。
2023-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Hardware-efficient formulation of molecular cavity-QED Hamiltonians
针对腔 QED 哈密顿量的经典模拟瓶颈，本文在 Qiskit Nature 中实现玻色子与混合算符，并提出局域化光子基矢的一维量子比特链映射，结合零噪声外推恢复准确自发辐射动力学。
2025-10-20 physics.atom-ph quant-ph
Topological quantum electrodynamics in synthetic non-Abelian gauge fields
The University of Hong Kong（香港大学）
本文提出了一种在非阿贝尔规范场中实现拓扑量子光学态合成的方法，通过量子发射体与自旋-动量锁定带的耦合，实现了角动量转移和光子相关性的控制。
2025-08-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
