Full counting statistics of energy fluctuations in a driven quantum resonator
我们考虑的时间积分的能量波动的驱动玻色子共振器（QND检测器测量）的统计，使用标准的Keldysh处方定义更高的时刻。我们发现，由于一个有效的级联的波动，这些统计是令人惊讶的非经典：低温，量子概率分布是不等价的高温经典分布在一些有效的温度评估。此外，对于足够大的驱动失谐和低温，表征这些波动的凯尔迪什有序准概率分布不能是正定的;这类似于超导系统中电荷的全计数统计。我们认为，这表明了一种非经典的行为，类似于测试的Leggett-Garg不等式。
2011-06-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Self-Ordered Supersolid in Spinor Condensates with Cavity-Mediated Spin-Momentum-Mixing Interactions
CAS Key Laboratory of Theoretical Physics, Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所、中国科学院理论物理重点实验室）；CAS Center for Excellence in Topological Quantum Computation, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学、中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
研究通过光腔与泵浦场的相互作用，在旋极子凝聚体中实现自有序超固体，揭示了其无阻尼的零点振动模式，并提出新的实现方案。
2024-04-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Magnetic ordering of nitrogen-vacancy centers in diamond via resonator-mediated coupling
金刚石中的氮空位中心是量子信息处理的一个有前途的候选者，也可能是模拟多体物理的理想平台。然而，很难实现氮空位中心之间的相互作用强到足以在实际温度下形成宏观有序相。在这里，我们提出了一个方案，实现远程铁磁伊辛相互作用之间的遥远的氮空位中心，通过使用机械谐振器作为介质。由于长程伊辛模型中的临界温度与自旋数成比例，因此对于具有$\sim10^4$氮空位中心的样品，在数十毫开尔文的温度下可以形成铁磁有序。该方法为利用量子比特系统研究多体物理提供了一个新的平台。
2015-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cold atoms in cavity-generated dynamical optical potentials
本文综述了冷原子和超冷原子在高精细度光学谐振腔中与辐射场相互作用的色散机制中的运动理论和实验研究进展。作用在原子上的光学偶极力与原子运动对光场的反作用共同构成了复杂的非线性耦合动力学。由于谐振器构成开放驱动和阻尼系统，因此动力学是非保守的，并且通常能够冷却和限制可极化粒子的运动。此外，发射的腔场允许以最小的扰动实时监测粒子的位置，直到亚波长精度。对于多体系统，共振器场介导可控的长程原子-原子相互作用，这为集体现象奠定了基础。除了远距离粒子的相关运动，人们发现临界行为和非平衡态之间的相变与超辐射光散射结合不同的原子秩序。光学谐振器内的量子简并气体可以用来模拟光力学以及新的量子相，如超固体和自旋玻璃。非平衡量子相变，如由例如迪克哈密顿量预测的，可以通过监测腔场来实时控制和探索。与光晶格相结合，腔场可以用于非破坏性探测哈伯德物理和剪裁超冷量子系统的长程相互作用。
2012-10-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Mechanical control of a microrod-resonator optical frequency comb
光学频率梳的鲁棒控制和稳定使得科学和技术应用的范围非常广泛，包括极高精度的频率计量、量子气体和从可见波长到远红外的分子的新型光谱学、系外行星的搜索以及光子波形合成。在这里，我们报告的稳定的微谐振器为基础的光梳（微梳）的机械驱动的方式。这代表了微梳技术发展的重要一步，为完全集成的梳系统提供了一条途径。我们的32.6 GHz的微梳线间距的剩余波动达到1秒平均值的$5\times10^{-15}$的记录稳定性水平，从而突出了微梳支持现代光频率标准的潜力。此外，相对于一个独立的频率参考的线间距的测量揭示了有效的稳定的不同的频谱切片的梳与$<$ 0.5兆赫的变化之间的140梳线跨越4.5太赫兹。这些实验进行了新开发的微棒谐振器，这是使用CO $_2$ -激光加工技术制造。
2012-05-18 physics.optics quant-ph
Optimized multifrequency light collection by adaptive self-ordering of scatterers in optical resonators
在高Q光学腔中，由接近腔共振的激光横向照射的移动光散射体形成有序图案，其最大化进入腔中的光散射并诱导光学自捕获。我们表明，这种结晶动力学的一般形式出现在多色泵浦场与几个腔模式。这里，颗粒以空间图案排列，最大化进入谐振器的总光收集。为了更改输入频率和强度，粒子动态地适应当前照明。有趣的是，系统对过去的配置保留了一些记忆，因此稍后重新应用相同的模式会更快地适应最佳的集体散射。在嘈杂的环境中，粒子探索更大的区域的配置空间花费大部分时间接近最佳散射配置。这种自适应的自排序动力学应该是可实现的，在广泛的系统范围内，从多模腔或纳米光纤陷阱的冷原子的分子或移动的纳米粒子内的光学谐振腔。
2014-07-24 physics.optics quant-ph
Cavity assisted generation of sustainable macroscopic entanglement of ultracold gases
展望了两个空间分离的原子玻色-爱因斯坦凝聚体之间实现持续纠缠的前景。该系统的设置包括两个冷凝物加载在一个光晶格，这反过来，是限制在一个高Q光学谐振器。该系统由外部激光器驱动，该激光器照射原子，使得光子可以散射到腔中。在超辐射阶段的腔场的建立，我们表明，新兴的腔介导的两个凝聚体之间的相互作用是能够纠缠，尽管光子损失。这种宏观原子纠缠在整个时间演化过程中持续存在，除了突然死亡/出生的情况。利用一个辅助光子模，并将其耦合到两个凝聚体的集体求积中，我们证明了辅助光子模的压缩与原子纠缠成正比，因此它可以作为宏观纠缠的探测场。
2015-06-30 quant-ph
Ultrastrong coupling between a microwave resonator and antiferromagnetic resonances of rare earth ion spins
量子磁效应是利用微波与磁有序自旋系统之间强集体耦合的一个新兴而活跃的研究领域。到目前为止，量子磁振子的工作主要集中在过渡金属和几乎完全在钇铁石榴石（YIG）的铁磁共振。反铁磁系统由于不产生杂散场而受到关注，因此对磁扰动具有鲁棒性，并且具有窄的、形状无关的谐振线宽。在这里，我们展示了第一个实验证据之间的微波腔和集体反铁磁共振（磁振子）在稀土晶体的超强耦合。稀土元素独特的光学和自旋性质与集体反铁磁有序的结合为新的量子磁子应用铺平了道路。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity QED with a Bose-Einstein condensate
腔量子电动力学（腔QED）描述了物质和限制在谐振器结构内的电磁场之间的相干相互作用，并且为量子信息处理中的概念的发展提供了有用的平台。通过使用高质量的谐振腔，可以在实验上达到强耦合机制，其中原子在耗散开始之前与单个光场模式相干交换光子多次。这导致了微波和光学谐振器的基础研究。为了应对量子态工程和量子信息处理所带来的挑战，最近的实验集中在激光冷却和光学腔内原子的捕获上。然而，利用玻色-爱因斯坦凝聚实现的对原子气体的极大程度的控制迄今为止还没有用于腔QED。在这里，我们实现了玻色-爱因斯坦凝聚体与超高精细光学腔量子化场的强耦合，并给出了其本征能谱的测量。这是一个概念上的腔QED的新制度，其中所有原子占据物质波场的单模，并完全耦合到光场，共享单个激发。这开启了从量子通信到大量新现象的可能性，这些新现象可以在具有腔介导相互作用的量子气体的多体物理学中预期。
2007-11-06 cond-mat.other quant-ph
Cavity-Enhanced Rayleigh Scattering
我们演示了几种热原子和分子气体的瑞利散射到法布里-珀罗谐振腔的单模的Purcell-like增强。光从任何光学跃迁中失谐超过一个倍频程，在这种情况下失谐数百纳米，使得粒子激发和自发发射可以忽略不计。光散射到谐振腔中的增强被定量地解释为由经典驱动偶极振荡器发射的光波的干涉效应。我们的方法的应用包括超冷分子的灵敏，非破坏性的原位检测。
2010-05-11 physics.optics quant-ph
Antiferromagnetic self-ordering of a Fermi gas in a ring cavity
本文研究了在环形谐振腔中耦合的自旋- $1/2$无碰撞费米子原子的密度和自旋自序。两个自旋态通过一对简并反向传播腔模和两个横向泵浦场实现双光子拉曼耦合。在这个一维组态中，耦合的原子-场系统具有连续的$U(1)$平移对称性和离散的$\mathbf{Z}_2$自旋反转对称性。在足够强的泵浦强度的半填充时，组合的$U(1)\times \mathbf{Z}_2$对称性在超辐射相变到具有自有序密度和自旋结构的状态的开始时自发地被破坏。我们主要发现反铁磁晶格秩序在腔波长。自序态在自旋相反的费米子之间表现出意想不到的正动量对相关。这些强腔介导的相关性消失在较高的泵强度。
2019-05-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
Enhanced Tantalum Superconducting Resonator Performance via All-Surface Organic Monolayer Passivation
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Indian Institute of Technology Roorkee（罗克基印度理工学院）；Fraunhofer Institute for Electronic Microsystems and Solid State Technologies (EMFT)（弗劳恩霍夫电子微系统和固态技术研究所）
研究通过有机单分子层钝化降低钽谐振器界面损耗，提升相干时间，实现单光子能级下质量因子提升140%。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Breakdown of the topological protection by cavity vacuum fields in the integer quantum Hall effect
利用腔体电磁谐振器的真空场来控制材料的电子性质是凝聚态物理的一个前沿领域。在这里，我们表明，在亚波长开口环谐振器的真空场波动的增强显着影响可以说是最典型的量子protectorates之一，即量子霍尔电子输运在高迁移率的2D电子气体。所观察到的整数量子霍尔效应的拓扑保护的故障被解释在一个远程的腔介导的电子跳跃的光-物质耦合的反共振条款最终导致到一个有限的电阻率引起的真空波动。本实验平台可用于任何二维材料，并提供了新的方法来操纵电子相的物质感谢真空场工程
2021-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Cavity QED with Quantum Gases: New Paradigms in Many-Body Physics
本文综述了量子气体腔QED研究的最新进展和现状。自从第一次在实验上证明了玻色-爱因斯坦凝聚体与高$Q$光腔的量子化电磁模耦合的系统中原子的自序以来，该领域在过去的十年中迅速发展。复合量子气体腔系统提供了实施，模拟和实验测试基本固态哈密顿量的机会，以及实现非平衡多体现象超越传统的凝聚态物质的情况。这取决于独特的可能性，设计和控制在开放的量子环境中的光子诱导的可调范围的相互作用势的原子使用定制的泵浦激光器和动态腔场。值得注意的例子范围从具有长程相互作用的Hubbard模型，表现出晶格超固相，在涌现的磁有序和准晶对称性，动态规范势和非平衡拓扑相的外观。实验已经成功地将自旋极化和自旋量子气体加载到各种腔的几何形状中，并设计了多功能的可调范围原子相互作用。这导致了实验观察到自发的离散和连续对称性破缺，出现软模以及超固体，密度和自旋自序，动态自旋轨道耦合和非平衡动态自序相等。此外，量子气体腔装置为量子增强测量提供了新的平台。在这篇综述中，从介绍基本模型开始，我们从教学上总结了广泛的理论发展，并将它们与当前和不久的将来的最先进的实验相结合。
2021-10-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Kinetic theory of cavity cooling and self-organisation of a cold gas
本文研究了激光照射下光学谐振腔中可极化粒子的空间自组织和动态相空间压缩。导出粒子相空间密度的非线性Fokker-Planck方程，使我们能够在远失谐极限下处理任意大的系综，并明确计算摩擦力，动量扩散和稳态温度。此外，我们计算的自组织阈值在一个自洽的分析形式。对于低于阈值的均匀系综，固定激光功率的冷却速率在很大程度上与粒子数无关。冷却导致$q$ -高斯速度分布，稳态温度由腔线宽确定。使用大的粒子系综的数值模拟确认了有序状态出现的分析阈值条件，其中粒子被捕获在周期性图案中，并且可以冷却到接近单个振动激发的温度。
2011-11-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
Detecting fractional Chern insulators through circular dichroism
超冷原子气体中的拓扑布洛赫带的工程研究是当前的一项重要工作。最近在这一方向上的成就，以及调整粒子间相互作用的可能性，表明在这些系统中很快就会产生强相关态，让人想起分数量子霍尔（Fractional Quantum Hall，简称FWHH）液体。在这个实验框架中，传输测量是有限的，确定明确的签名的SDH型状态本身构成了一个挑战。在这里，我们证明了量子化霍尔电导的分数性质，一个基本特征的H2OH状态，可以检测到在超冷气体通过圆二色性测量，即通过监测能量吸收的原子云后，圆形驱动器。我们通过比较圆二向色性信号与多体陈氏数来验证这种方法，并讨论了如何进行这种测量以区分竞争态和非竞争态。我们的方案为量子工程系统中拓扑有序态的检测提供了一个实用的工具，在固态中具有潜在的应用。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Orbital phases of $p$-band ultracold fermions in the frustrated triangular lattice
本文研究受挫三角晶格中p带无自旋超冷费米子的轨道量子相，通过实空间动力学平均场理论得到低温相图，并推导有效轨道交换模型解释竞争轨道序机制。
2024-07-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Coherent coupling between ferromagnetic magnon and superconducting qubit
凝聚态中有序相的刚性导致在宏观维度上空间延伸的集体激发模式。磁振子是有序自旋系统（如铁磁体）中的一种元激发量子。由于磁振子的低耗散性，几十年来，磁振子的动力学在铁磁共振的背景下得到了广泛的研究和应用，最近在玻色-爱因斯坦凝聚以及自旋电子学的背景下得到了广泛的研究和应用。此外，对于量子存储器和换能器的混合系统，已经研究了谐振器中的磁振子和微波光子的耦合。然而，在单磁振子水平上的量子态操纵仍然是难以捉摸的，因为在系统中缺乏非谐元素。在这里，我们展示了毫米大小的铁磁球和超导量子比特的磁振子激发之间的相干耦合，其中的相互作用是由虚光子激发微波腔介导的。我们得到的耦合强度远远超过阻尼率，从而使混合系统进入强耦合制度。此外，我们发现了一个可调的磁振子量子比特耦合方案，利用参数驱动与微波。我们的方法为磁振子激发的量子控制和测量提供了一个通用的工具，从而开辟了一个新的量子磁振子学科。
2014-10-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Thermodynamics and dynamics of atomic self-organization in an optical cavity
高精细光学谐振腔中原子的斑图形成是由与超辐射散射到腔模中相关联的光的机械力引起的。它发生在激光强度超过阈值时，使得泵浦过程抵消损耗。我们考虑了由激光驱动的原子与驻波腔模的耦合，并用Fokker-Planck方程描述它们的动力学，其中原子运动是半经典的，而腔场是全量子变量。原子的渐近态是热态，其温度仅由激光与腔频率之间的失谐量和腔损耗率控制。从这个结果，我们得到的自由能，并表明，在热力学极限自组织是一个二级相变。序参量是谐振器内部的场，可以将磁化与铁磁性相关联，控制场是激光强度，然而稳态本质上是不平衡的。在破碎的相位量子噪声诱导跳跃的空间密度之间的两个有序的模式：我们表征的统计特性，这种时间行为在稳态，并表明，系统的热力学性质可以通过检测光腔输出提取。我们的分析结果与以前的研究是完全一致的，通过导出一个自洽的理论，这是有效的腔场时，也是在散粒噪声限制，并阐明自组织过渡的性质，扩展他们。
2015-12-14 quant-ph
Quantum simulations and many-body physics with light
在这篇评论中，我们讨论了工作领域的量子模拟和多体物理与光，从早期的建议平衡模型的最近的作品在驱动耗散平台。我们首先描述了Jaynes-Cummings-哈伯德模型和相应的光子阻塞诱导的Mott跃迁的基础工作，并继续讨论了在耦合谐振器阵列（CRA）中模拟有效自旋模型和分数量子霍尔态的建议。我们还分析了最近的努力，研究出的平衡多体效应，使用驱动CRA，包括光子费米化和结晶驱动环的CRA以及其他动力学和瞬态现象的预测。我们试图总结一些相对较新的结果预测异国情调的阶段，如超固体和马约拉纳模式，然后转移我们的注意力，涉及一维非线性慢光设置的发展。在那里描述了强关联相的模拟，描述了Tonks-Girardeau气体、Luttinger液体和相互作用的相对论费米子模型。我们回顾了主要的理论结果，并简要概述了最近的发展正在进行的实验工作，涉及不同的平台电路QED，光子晶体和纳米光子光纤与冷原子接口。
2016-04-15 quant-ph
