Trapping of single atoms in cavity QED
通过将激光冷却和囚禁技术与腔量子电动力学（QED）技术相结合，在一个小的、高精细度的强耦合腔模中囚禁了单个铯原子。观察到的寿命为单个原子被困在腔模式是$τ\approx 28$ ms，并受到波动的光的力量所产生的远失谐腔内场。这种在腔QED中捕获原子的初步实现将使量子信息科学中的各种协议成为可能。
1999-08-02 quant-ph
Cavity-QED with cold atoms trapped in a double-well potential
研究了腔qed系统的相互作用动力学，其中两能级原子被囚禁在双势阱中，腔模的频率与原子能级的分裂有很大的失谐，由探测激光驱动。原子的质心运动与腔模之间的相互作用是由原子与光场的位置相关耦合引起的。该系统的动力学特征在于两个不同的时间尺度，原子阱间隧穿速率的倒数和腔损耗速率的倒数。该系统在短时间和长时间区间表现出截然不同的（准）稳态行为。
2007-10-17 quant-ph
Efficiently-coupled microring circuit for on-chip cavity QED with trapped atoms
我们提出了一个完整的制作研究的一个有效的耦合微波光路量身定制的腔量子电动力学（QED）与囚禁原子。这种微结构制作在透明薄膜上，在宽频带内具有高的真空光纤边缘耦合效率。此外，总线波导滑轮耦合器实现了在两个铯D线频率下与微环的临界耦合，而在铯“魔术”波长下实现了高耦合效率，用于在微环上方创建双色倏逝场陷阱的晶格。所提出的平台有望实现一个强大的原子-纳米光子混合量子器件。
2020-10-22 physics.atom-ph physics.optics 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
Trapped bosons in mean field QED, nonlinear resonance cascades and dynamical BEC formation
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究束缚在势阱中的玻色子系统与相干光子量子化场的相互作用，在弱耦合和宏观时间极限下导出有效非线性级联方程，证明在总玻色子L^2质量守恒下动力学形成玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。
2026-09-09 math-ph math.AP math.MP
"Charged" phonons in an external field: a QED analog with Bose-Einstein condensates
我们提出了一种利用超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚体来模拟带“荷”的相对论质量场与非动力学规范场相互作用的方法。这样的“标量QED”模拟模型，可能是有用的模拟QFT涉及带电粒子的各种影响，如Schwinger对创建的带电声子在恒定的外场，和真空不稳定性。
2017-01-22 cond-mat.quant-gas hep-th quant-ph
A position-momentum EPR state of distantly-separated trapped atoms
我们提出了一个制备一对远距离囚禁原子的位置和动量EPR态的方案。该方案利用非简并光学参量放大器输出的纠缠光场。在腔QED中，这些光场与被囚禁原子的运动态之间的量子态交换是通过相互作用实现的。
1999-07-13 quant-ph
Cavity QED in a molecular ion trap
提出了一种利用片上超导微波谐振器研究囚禁分子离子的量子信息和高分辨光谱学的方法。分子离子与中性分子相比有几个优点。离子可以被加载到深（1 eV）RF陷阱，并被捕获独立的电偶极矩的旋转过渡。它们的电荷保护它们免受运动失相，并防止碰撞损失，允许1秒的相干时间时，用作量子存储器，与检测的单分子可能在<10毫秒。分析的检测效率和相干性的分子。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Efficient scheme for atomic entangled states with cavity QED system
提出了一种在腔QED系统中制备原子纠缠态的方案。它利用两个系统之间的拉曼跃迁或受激拉曼绝热通道，使两个三态$Λ$型原子在单模腔中的基态纠缠。它不需要对腔场进行测量，也不需要原子检测，并且可以以确定性的方式实现。由于该方案对腔场衰减和原子自发发射都不敏感，所产生的纠缠态在量子信息处理中可能有一些有趣的应用。
2010-04-12 quant-ph
Strong coupling between a trapped single atom and an all-fiber cavity
我们研究了一个在强耦合区囚禁单原子的全光纤腔QED系统。我们使用了一个双折射法布里-珀罗腔，即一个夹在两个光纤布拉格光栅反射镜之间的光学谐振腔。对单原子在态不敏感双原子阱中的腔透射谱的测量清楚地揭示了真空拉比分裂。
2015-08-26 physics.optics quant-ph
Feasible platform to study negative temperatures
为研究玻尔兹曼负温度提供了一个实验可行的平台。我们的建议利用众所周知的工程哈密顿量的技术，以实现稳定的状态，高度可控的粒子数反转。我们的模型是完全通用的，可以应用在许多情况下，如囚禁离子，腔QED，量子点耦合到光学腔，电路QED等。为了证明这一点，我们使用目前在光学腔和囚禁离子域中使用的哈密顿模型，其中的精度水平实现了对单个原子在腔/囚禁离子中的自由度的控制。我们展示了几个有趣的效应，如没有热化与反转人口和冷却加热这些非常规系统之间的系统。
2018-05-25 quant-ph
Scalable cold-atom quantum simulator for two-dimensional QED
提出了一个二维量子电动力学的模拟量子模拟器。U（1）格点规范场理论的建立采用了囚禁在光晶格中的超冷原子混合物中的种间自旋变化碰撞。在文献[1]的一维实现方案的基础上，我们设计了磁场的空间元格项，从而解决了在高维中实验实现现实规范理论的主要障碍。我们将我们的方法应用到纯规范理论，并讨论如何限制的电荷的现象可以描述的量子模拟器。
2020-12-18 cond-mat.quant-gas hep-ph quant-ph
Digital-Analog Quantum Simulation of Spin Models in Trapped Ions
我们提出了一种方法来模拟自旋模型中被困离子使用的数字模拟的方法，包括在一个合适的门分解方面的模拟块和数字步骤。通过这种方式，我们证明了增强的各种自旋模型的量子动力学可以用比全数字方法少得多的门来实现。通常情况下，模拟块是建立多部动力学提供的模拟模型的复杂性，而数字步骤是本地操作带来的多功能性。最后，我们描述了一个可能的实验实现中的捕获离子技术。
2016-07-29 quant-ph
Cavity QED and Quantum Computation in the Strong Coupling Regime II : Two Atoms Case
本文研究了囚禁在腔中的（激光冷却）m-原子与光子$...$相互作用的量子电动力学（QED）$...$的行为，并试图在强耦合区求解该模型的薛定谔方程。在m = 2的情况下，我们构造了Bell-Schr dinger猫态（我们的术语），并利用含有Bessel函数的新共振条件下的旋波近似，在这样的基上得到了一些幺正变换，这些变换将用于构造量子计算中重要的量子逻辑门.此外，我们提出了在m = 3的情况下，量子计算中要解决的一个关键问题。
2003-07-24 quant-ph
Photon-Photon Entanglement with a Single Trapped Atom
进行了一个实验，其中一个单一的铷原子被困在一个高精细光学腔发射两个独立触发纠缠光子。纠缠是由原子介导的，其特征在于S=2.5的贝尔不等式违反，以及完整的量子态层析成像，导致保真度超过F= 90%。腔QED和捕获原子技术的结合使我们的协议具有内在的确定性-这是分布式量子网络节点之间产生可扩展纠缠的重要步骤。
2008-11-21 quant-ph
Dissipation-induced geometric phase for an atom in cavity QED
提出了一种可行的方案来研究光腔中原子的几何相位。腔模与外部驱动场一起充当原子的工程环境。当库的参数周期性地变化时，系统初始处于有效Lindblad算子的非平凡暗态，经历周期演化并获得几何相位。利用原子在无消相干子空间中的Ramsey干涉振荡可以观察到几何相位。
2012-05-07 quant-ph
Cavity QED "By The Numbers"
通过监测弱探测光束的传输，实时确定被捕获在光学腔模式内的原子数量。原子数的连续观测是在腔量子电动力学的强耦合机制中完成的，并与原子径向运动的冷却方案相一致。探针传输表现出突然的步骤，从一个平台到下一个响应于腔内原子数的时间演化，从N >= 3到N = 2到1到0，与一些捕获事件持续超过1秒。
2004-03-17 quant-ph
Analog Quantum Simulation of Dirac Hamiltonians in Circuit QED Using Rabi Driven Qubits
本文提出一种在电路QED中用Rabi驱动量子比特模拟Dirac哈密顿量的新方法，以最小硬件实现模型灵活设计与参数完全控制，并通过Dirac动力学示例验证其有效性。
2025-04-11 quant-ph
A simple, robust, and scalable quantum logic gate with quantum dot cavity QED systems
我们提出了一种方法来制定一个确定性的，测量免费的，光学产生的控制相位门上的两个量子比特定义的单电子被困在大面积量子点在一个平面微腔。该方法对光学量子点的不均匀性具有鲁棒性，仅需要一个适度的$Q$平面腔，仅使用单个激光脉冲，并且允许在一个半导体芯片上集成许多纠缠量子比特。我们提出的门的绝热演化和几何相位的上下文中，并计算性能的退化中存在的自发发射和腔损耗。
2009-10-26 quant-ph
Reversible state transfer between light and a single trapped atom
本文研究了平均光子数n巴~= 1.1的相干态与囚禁在高精细度光腔模中的原子的超精细态之间的可逆映射。基本过程的相干性是通过将原子态映射回场态来验证的，这种映射依赖于原始相干态的相位。我们的实验代表了实现基于腔QED的量子网络的重要一步，其中量子态的相干传输使得量子信息能够在网络中分布。
2007-02-27 quant-ph
Photon collection from a trapped ion--cavity system
本文介绍了一个囚禁离子腔QED系统的设计和实现。一个单一的镱离子被限制在一个2毫米的光学腔内的微米级离子阱。离子相干泵浦近共振激光，而腔输出作为泵浦强度和腔失谐的函数进行监测。我们观察到一个Purcell增强的散射光到立体角所对的光学腔，以及一个三峰结构所产生的强烈驱动的原子。该系统可以集成到现有的原子-光子量子网络协议中，并且是通向有效的原子-光子量子接口的途径。
2011-12-19 quant-ph
Atomic Quantum Memory for Photonic Qubits via Scattering in Cavity QED
研究了一种在腔QED中存储光子量子比特的原子量子存储方案。这是基于最近的观察，即在强耦合腔机制中，单光子脉冲与腔中的λ型原子之间的量子态交换在某些特定情况下是通过散射理想地实现的[T. W. Chen C.，马缨丹属K.法律，和PT。Leung，Phys.Rev.A69，063810（2004）]。我们推导出一个简单的公式来计算这种原子-光子交换对量子存储器的保真度。我们进一步提出了一种可行的方法，即使在原子-光子耦合不太强的情况下，也可以有条件地实现保真度几乎为1的量子存储操作。这种方法也可以应用于在空间分离的原子量子存储器中存储光子纠缠。
2005-06-26 quant-ph
Analogue quantum simulation of superradiance and subradiance in trapped-ions
讨论了一种利用N个量子比特离子和一个共振冷却离子的线性链对超辐射和亚辐射进行模拟量子模拟的方案。我们开发了一个简单的分析模型，表明量子比特子空间的动力学收敛到那些云进行迪克超辐射和亚辐射。我们提供了完整的离子链的数值模拟，并表明，他们收敛到我们的分析模型预测的动力学没有拟合参数。我们还绘制出达到这种收敛所需的参数制度。
2019-11-22 physics.atom-ph quant-ph
Analog Circuit-QED Simulator of Quantum Spin Dynamics Through the Extended Bose-Hubbard Model
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；SKKU Advanced Institute of Nanotechnology (SAINT), Sungkyunkwan University（成均馆大学 SKKU 纳米技术高级研究所 (SAINT)）；Institute of Fundamental Physics IFF-CSIC（西班牙国家研究委员会基础物理研究所 (IFF-CSIC)）；National University of Science and Technology “MISIS”（国立科技大学 MISIS）；Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所）；Department of Chemistry, Yonsei University（延世大学化学系）；Department of Quantum Information, Yonsei University（延世大学量子信息系）
提出并验证了一种利用电路量子电动力学平台模拟海森堡自旋模型的框架，通过扩展Bose-Hubbard模型实现，数值模拟证实微波光子动力学准确再现自旋动力学。
2026-06-01 quant-ph
Truncation-Free Quantum Simulation of Pure-Gauge Compact QED Using Josephson Arrays
本文提出一种基于约瑟夫森阵列与格点QED局域希尔伯特空间精确类比的无截断量子模拟方法，可模拟准二维系统，并为连续规范群的超导电路模拟奠定基础。
2024-12-07 cond-mat.str-el hep-lat hep-th
Atom-light entanglement for precise field sensing in the optical domain
由于腔模与原子系综的同时相互作用，囚禁在光学腔中的冷原子宏观阵列可以达到强的原子-光集体耦合机制。在最近的工作中，我们报告了一个协议，利用强大的和集体的原子-光相互作用的腔QED系统的精确电场传感在光域。在长寿命碱土原子的电流腔QED实验中，它能提供超过标准量子极限的$10$ - $20$ ~dB的增益。在这里，我们给出了一个更深入的讨论协议，使用精确的分析计算和数值模拟，并描述了精确的条件下，预测的增强后，彻底占光子损失和自发发射，在目前的实验中的自然退相干机制。这里提出的分析不仅用于基准的协议和它的效用在腔QED阵列，但也设置了所需的条件，其适用性在其他实验平台，如阵列的捕获离子。
2020-10-06 quant-ph
Unconditional preparation of entanglement between atoms in cascaded optical cavities
我们提出了一个方案，使囚禁在不同高精细度光腔中的原子的内部态无条件纠缠。该方案在级联腔QED中使用量子库工程技术，并在腔之间产生理想（无损）耦合的纠缠纯态。高纠缠态也被证明是可能的实现腔QED参数和非理想耦合。
2003-07-08 quant-ph
Cavity QED characterization of many-body atomic states in double-well potentials -- The role of dissipation
当入射光束从被困在光晶格中的超冷原子样本散射时，回射场的统计特性包含关于原子量子态的信息，并且允许例如区分超流体和莫特绝缘体状态中的原子。本文扩展了我们以前对这个问题的分析，包括空腔阻尼的影响。我们用蒙特卡罗波函数方法计算了简单双势阱情形下的逆反射场的两次关联函数和含时物理谱。定量分析了原子在莫特绝缘体和超流态中与光场的纠缠。
2008-11-04 quant-ph
Dynamical BEC formation and vanishing entropy for trapped bosons in non-relativistic QED via nonlinear resonance cascades
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文严格证明受陷玻色子通过非线性共振级联，在非相对论量子电动力学中实现完整玻色-爱因斯坦凝聚的动力学形成与熵消失，确立了宏观单粒子密度矩阵的迹范数收敛及冯·诺依曼熵渐近消失的结论。
2026-10-14 math-ph math.AP math.MP
Tunable-range, photon-mediated atomic interactions in multimode cavity QED
光学腔QED为研究驱动耗散系统中的量子多体物理提供了一个平台。单模腔在腔内原子之间提供强的、无限程的光子介导的相互作用。然而，从探索超越平均场近似的量子多体物理学的角度来看，这些全局的所有对所有的耦合是有限的。目前的工作表明，本地耦合可以创建使用多模腔QED。这是通过测量超辐射、自组织相变与原子位置的阈值来建立的。具体地说，我们的实验表明，近简并腔模式的干涉导致强和可调范围之间的相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体（玻色爱因斯坦凝聚体）被困在腔内。我们利用共焦腔的对称性来测量真实BEC和它们的虚像之间的相互作用，而不需要由真实BEC合并产生的不必要的贡献。原子-原子耦合可以从短程调谐到长程。这种能力为未来探索奇异的、强关联的系统铺平了道路，如量子液晶和驱动耗散自旋玻璃。
2017-08-29 cond-mat.other cond-mat.quant-gas quant-ph
Modeling the atomtronic analog of an optical polarizing beam splitter, a half-wave plate, and a quarter-wave plate for phonons of the motional state of two trapped atom
在本文中，我们提出了一个方案来模拟光学元件的声子模拟，包括偏振分束器，一个半波片，和一个四分之一波片，以及CNOT和泡利门的实现，通过使用两个原子限制在一个二维平面。原子的内部态被认为是里德伯圆态。利用这个模型，我们可以操纵原子的运动状态，在光机械集成电路的量子信息处理和量子模拟的可能应用。为此，我们研究了两个囚禁原子与两束圆偏振拉盖尔-高斯光束的相互作用，使得光束选择性地只照射其中一个原子。
2017-08-26 quant-ph
Generation of optical Gottesman-Kitaev-Preskill states with cavity QED
Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）态是容错光学连续变量量子计算和通信的核心资源。然而，它们在光域中的实现仍有待证明。在这里，我们提出了一种方法来制备GKP态使用腔QED系统作为唯一的非高斯元素。该系统可以在几个平台上实现，如捕获原子，量子点或金刚石色心。我们用有限协作系统模拟了该协议，以评估在现实噪声系统中产生的GKP状态的可实现质量。我们进一步将该协议与Vasconcelos等人先前提出的育种协议相结合，以放松对QED系统质量的要求。我们发现，在不久的将来的实验中，可以实现超过10 dB压缩的GKP态。此外，该方法可以被制成完全确定性的，因此与基于光子计数的概率方法相比，提供了更可扩展和硬件高效的方法。
2021-07-05 physics.optics quant-ph
Steady-State Multiparticle Entanglement via Dissipative Engineering in Waveguide QED
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所）
通过波导量子电动力学中的耗散工程，实现多粒子W型纠缠态的稳态生成，利用子辐射和超辐射态的集体相互作用与量子泽诺效应，具有可扩展性和高保真度。
2026-10-06 quant-ph
A cavity-QED quantum simulator of dynamical phases of a BCS superconductor
我们提出用囚禁在光腔中的冷原子系综来模拟BCS超导体的动力学相。有效的库珀对通过原子的内部状态编码，并且吸引相互作用通过耦合到公共腔模的原子之间的虚光子交换来实现。控制的相互作用强度结合可调色散关系的有效库珀对允许探索的BCS模型的完整的动态相图，作为系统参数和准备的初始状态的函数。我们的提议为利用冷原子气体中的原子-光相互作用研究量子磁性和超导性的非平衡特征铺平了道路。
2021-03-23 quant-ph
Theory of Raman transitions in cavity QED
我们提出了两种方案来驱动被囚禁在高精细度光腔中的单个原子的基态超精细流形之间的拉曼跃迁。在这两种方案中，拉曼耦合是由腔内的驻波场产生的，从而避免了自由空间拉曼方案在腔系统中必须面对的光学访问限制。这些基于腔的拉曼方案可以用来相干操纵原子的内部和运动自由度，从而为研究腔量子电动力学提供了有力的工具。我们给出了详细的理论分析，每个方案，无论是一个三能级原子和一个多能级铯原子。此外，我们还展示了如何利用这些拉曼方案将轴向运动的原子冷却到量子基态，并对冷却过程进行了计算机模拟。
2008-07-06 quant-ph
Optical lattice quantum simulator for QED in strong external fields: spontaneous pair creation and the Sauter-Schwinger effect
在强电场作用下，真空中自发产生正负电子对，这是狄拉克费米子相对论性能量动量关系的一个壮观表现。量子电动力学（QED）的这一基本预测尚未得到实验证实，因为在足够大的时空体积上产生足够强的电场仍然是一个挑战。令人惊讶的是，遥远的物理学领域可能会帮助我们克服这个困难。在凝聚态物理和固态物理（通常被认为是低能物理的领域）中，人们通常处理准粒子而不是真正的电子和正电子。由于它们的质量间隙通常可以自由调节，因此通过类似索特-施温格效应来创造这些轻准粒子要容易得多。这促使我们提出了一个量子模拟器，其中在双色光晶格中运动的超冷原子的激发代表粒子和反粒子（空穴），满足离散化版本的狄拉克方程以及费米子反对易关系。使用二次量子化的语言，我们能够构建一个模拟的自发对创建，可以实现在（几乎）桌面实验。
2011-09-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Analog quantum simulation of generalized Dicke models in trapped ions
提出了囚禁离子广义Dicke模型的模拟量子模拟。通过结合多个离子上的双微激光相互作用，我们可以在这些模型中产生光-物质耦合的所有机制，其中光模式被运动模式模仿。我们提出了数值模拟的三量子位迪克模型在弱场（WF）制度，其中的Jaynes-Cummings行为出现，和超强耦合（USC）制度，其中的行波近似（RWA）不能被考虑。我们还模拟了WF和USC机制下的双量子比特有偏Dicke模型以及USC机制和深强耦合机制下的双量子比特各向异性Dicke模型。数学模型和离子系统之间的一致性使我们相信，这些量子模拟可以在实验室中使用当前或不久的将来的技术来实现。该方法为囚禁离子中多自旋Dicke模型的量子模拟提供了一条途径。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Verifying the upper bound on the speed of scrambling with the analogue Hawking radiation of trapped ions
量子系统的李雅普诺夫指数的一般界限由$λ_L\leq2π\,T/\hbar$给出，其中$T$是系统温度，如由Maldacena、Shenker和Stanford（MSS）建立的。当所考虑的系统是黑洞的精确全息对偶时，这个上限是饱和的。它也被证明，一个倒谐振子（IHO）可能会表现出热能发射的行为，在密切类似的黑洞发射的霍金辐射。我们证明了IHO的李雅普诺夫指数确实饱和MSS约束，与模拟黑洞辐射温度相等的有效温度，并建议使用一个被困离子作为IHO的物理实现。我们推导出相应的时间顺序的关联函数（OTOC）诊断量子混沌，并从理论上表明，对于一个实验上可实现的设置，被困离子IHO的有效温度相匹配的上MSS界的速度混乱。
2020-07-12 gr-qc quant-ph
Cavity QED System with Optical Lattice: Photon Statistics and Conditioned Homodyne Detection
研究了单原子在弱驱动腔内光晶格中的量子涨落。弱驱动场与原子和腔场共振，是晶格光束的二次谐波。在这种特殊情况下，我们可以找到本征态的哈密顿函数的Mathieu函数。我们给出了二阶强度关联函数$g^{(2)}(τ)$和强度场关联函数$h_θ(τ)$的解析结果，透射和荧光的弱驱动场。我们发现，耦合的质心运动的内腔场模式的光子统计的非经典效应是有害的，所以强度场的相关性，并比较使用被困原子在一个腔中的原子束。
2018-07-17 quant-ph
Toward simulating quantum field theories with controlled phonon-ion dynamics: A hybrid analog-digital approach
量子场论是现代物理学的基石，在最基本的层面上提供了物理系统的相对论和量子力学描述。在这些理论中模拟实时动态在经典计算中仍然是难以捉摸的。这为量子模拟器提供了一个独特的机会，它有望彻底改变我们的模拟能力。捕获离子系统是量子多体物理学的成功量子模拟器平台，可以在数字或基于门的模式和模拟模式下操作。在提出和实现量子模拟的相对论性量子场论使用捕获的离子系统的进展，并通过模拟相互作用玻色子-费米子模型的混合模拟-数字的建议的启发下，我们提出了混合模拟-数字量子模拟选定的量子场论，最近的发展到一个新的水平。一方面，与全模拟方法相比，该提案的半数字性质在工程通用模型交互方面提供了更大的灵活性。另一方面，将玻色子场编码到捕获离子系统的声子自由度上允许更有效地使用模拟器资源，并且在这样的平台中更自然地实现固有量子操作。这为模拟复杂动力学开辟了新的途径，阿贝尔和非阿贝尔规范理论，通过结合数字和模拟方案的优点。
2021-04-19 cond-mat.quant-gas hep-lat nucl-th
Fluxon-Based Quantum Simulation in Circuit QED
长寿命的磁通子激发可以被捕获在超电感器环内，该超电感器环被量子机制中的周期性序列的约瑟夫森结划分成回路阵列，从而允许磁通子在相邻位置之间隧穿。通过调整约瑟夫森耦合，并隐含的磁通隧道概率振幅，一个广泛的类的一维紧束缚晶格模型可以实现和填充有稳定数量的磁通。我们说明了使用这个量子模拟平台，通过讨论苏-施里弗-Heeger模型在1-fluxon子空间，它拥有一个对称性保护的拓扑相位与分数电荷的束缚态的边缘。这对定域边缘态可以用来实现超导量子比特，使其与退相干机制越来越解耦。
2017-12-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sudden transition between classical and quantum decoherence in dissipative cavity QED and stationary quantum discord
研究了耗散腔QED系统的量子失谐中经典退相干与量子退相干之间的突变现象，该系统由两个相互作用的二能级原子组成，每个原子都被囚禁在一个耗散腔中.结果表明，在有限时间内，腔场的耗散并不破坏两个处于X型量子态的原子间的量子不协调，当时间趋于无穷大时，原子与腔场的相互作用会产生稳态量子不协调.跃迁时间对两原子的初态参数和相干光场的平均光子数敏感。有趣的是，如果我们选择适当的比值，两个原子之间的量子不协调完全不受腔场耗散的影响，这取决于两个腔场的衰减速率和原子-场的耦合常数。
2011-05-20 quant-ph
Is there a no-go theorem for superradiant quantum phase transitions in cavity and circuit QED ?
在腔量子电动力学（QED）中，原子跃迁与腔场之间的相互作用由真空拉比频率$Ω_0$测量。类似的术语“电路QED”已经被引入约瑟夫森结，因为超导电路的行为就像耦合到谐振器的玻色子场的人造原子。在该制度与$Ω_0$可比的两级跃迁频率，“superradiant”量子相变的空腔真空已被预测，例如，在迪克模型。在这里，我们证明，如果考虑时间无关的光物质哈密顿量，超辐射量子临界点是禁止的电偶极原子跃迁由于振子强度和规则。在电路QED中，电容耦合类似于电偶极耦合：然而，由于其独特的希尔伯特空间拓扑结构和违反相应的求和规则，这种不通过性质可以通过与谐振器电容耦合的库珀对盒来规避。
2010-06-09 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Digital-Analog Counterdiabatic Quantum Optimization with Trapped Ions
Kipu Quantum（基普量子）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克地区大学）；Universidad de Santiago de Chile (USACH)（智利圣地亚哥大学）
本文提出了一种基于囚禁离子的数字-模拟反常量子算法，通过结合模拟和数字门，减少电路深度并提升优化问题的求解效率。
2024-05-20 quant-ph
Interference, spectral momentum correlations, entanglement, and Bell inequality for a trapped interacting ultracold atomic dimer: Analogies with biphoton interferometry
阐明了量子光学双光子干涉现象与准一维双阱光阱超冷中性玻色子或费米子原子量子物理之间的相似性和差异，我们表明，光学双光子联合符合光谱相关的模拟，用EPR Bell Bohm单占据源发出的无质量非相互作用双光子研究，对应于大质量的、相互作用的和随时间演化的超冷原子的总的二阶动量相关中的明显贡献。这种单占据的贡献可以从飞行时间实验中测量的总二阶动量关联函数中提取，对于被捕获的原子系统，通常包含双占据，NOON，组件。两粒子系统的动力学模型由哈伯德哈密顿量。这个部分符合光谱是一个余弦平方量子拍频，依赖于两个粒子的动量差，而相应的符合概率本身，从它在描述重叠光子的Hong-Ou-Mandel符合倾角中的作用中所熟悉的，来自于粒子动量的积分。由于二阶动量相关性反映在空间的飞行时间谱中，我们的理论研究结果为飞行时间实验协议提供了动力，用于模拟使用两个时空分离和纠缠（无质量）光子或双缝光源的（大质量）超冷原子古老的光学干涉术。这些发展的实施将促进基本方面的测试，并使量子物理与被困的大质量超冷原子的应用，即非定域性和违反贝尔不等式，纠缠和量子信息科学的调查。
2019-01-20 cond-mat.quant-gas nucl-th quant-ph
Quantum computing with trapped ions, atoms and light
我们首先考虑量子计算机的基本要求，论证核自旋作为信息承载实体的吸引力，以及允许量子门的耦合的光。然后，我们调查的优势和近期前景量子信息处理离子阱。我们讨论了离子阱中的退相干和门速率，比较了基于振动运动的方法和基于腔QED中光子交换的方法。然后，我们勾勒出量子计算机的主要特征，该量子计算机设计用于允许在100个逻辑量子比特上需要10^6个Toffoli门的算法。我们发现，大约200个由光纤和高精细度腔体连接的离子阱可以在一周到一个月内执行这样的算法，使用或接近当前技术水平的组件。
2000-04-12 quant-ph
Physical consequences of the QED theta angle
我们描述了一个简单的gedanken实验，它说明了QED θ角的物理效应，这是一个尚未被测量的自然界的基本参数。这些效应表现在量子相位中，类似于阿哈罗诺夫-玻姆效应中的量子相位，尽管它们本质上不是拓扑的。我们还利用泛函薛定谔方法导出了量子相位，并将结果推广到非阿贝尔规范理论。
2010-12-14 hep-ph hep-th quant-ph
Towards analog quantum simulations of lattice gauge theories with trapped ions
规范场在现代物理学中扮演着核心角色，是基本粒子和相互作用标准模型的核心。尽管应用经典计算技术模拟规范理论取得了重大进展，但计算规范理论描述的系统的实时动力学仍然是一项具有挑战性的任务。近年来探索的一个令人兴奋的可能性是使用高度受控的量子系统以模拟方式模拟目标系统的特性，其动力学难以计算。线性晶体中的原子-激光相互作用为复杂物理系统的量子模拟提供了广泛的可能性。在这里，我们设计了简单的格点规范理论的动力学可以映射到任何维度的自旋-自旋相互作用的模拟模拟实用的建议。这些理论包括1+ 1维量子电动力学、2+ 1维阿贝尔陈-西蒙斯理论和2+ 1维纯Z 2规范理论。所提出的方案，以及应用的优化协议，将有超出本工作中提出的例子的应用，并将使可扩展的模拟量子模拟海森堡自旋模型在任何数量的维度和任意的相互作用强度。
2019-08-08 hep-lat hep-ph nucl-th
Quantum interference and controllable magic cavity QED via a giant atom in coupled resonator waveguide
该研究分析双位点耦合 CRW 的巨型原子动力学，利用连续谱内外束缚态干涉实现光子束缚，并提出可在完美腔与泄漏腔间调控的魔法腔 QED 模型。
2023-07-12 quant-ph
Spin many-body phases in standard and topological waveguide QED simulators
量子自旋模型在许多不同的领域都有应用，如自旋电子学、高温超导，甚至复杂的优化问题。然而，研究它们的多体行为，特别是在挫折的存在下，代表了一个突出的计算挑战。为了克服这个问题，人们建立了基于冷原子和离子的量子模拟器，揭示了许多重要的现象。不幸的是，这些模拟器所涵盖的模型受到这些系统中自然出现的交互类型的限制。波导QED装置最近被指出是一个强大的替代方案，由于调解更多功能的自旋-自旋相互作用的可能性与可调的符号，范围，甚至手征。然而，尽管它们具有潜力，但从这些系统中出现的多体相几乎没有被探索过。在这篇手稿中，我们填补了这一空白，分析基态的一般类自旋模型，可以得到这样的波导QED设置。重要的是，我们发现了与其他平台不同的新的多体相，例如，具有大周期磁序的磁保护拓扑相位，并解释探测它们所需的测量。
2021-10-15 cond-mat.other quant-ph
Seeking a quantum advantage with trapped-ion quantum simulations of condensed-phase chemical dynamics
本文综述比较了囚禁离子模拟量子与经典数字方法在模拟凝聚相化学动力学中的性能，识别出经典方法最弱的动力学区域，为寻求量子优势提供了方向。
2024-09-18 quant-ph
Cavity QED and Quantum Computation in the Weak Coupling Regime
本文考虑了一个基于激光冷却的腔中线性囚禁的n个原子的量子计算模型，并将其实现为n个原子与n个外场的Tavis-Cummings哈密顿量相互作用。在n=2的情况下，我们求解了该模型的Schr{\”o}dinger方程，并利用共振条件和旋转波近似构造了受控非门.我们的方法不是启发式的，而是完全数学的，其显著特点是一致地使用Rabi振荡.在n=3的情况下，我们还提出了一种构造三个受控非门的思想，从而给出了受控-受控非门。
2004-09-21 cond-mat.other math-ph math.MP
Intrinsic phonon effects on analog quantum simulators with ultracold trapped ions
线性Paul阱最近被用来模拟具有长程自旋-自旋耦合的横场伊辛模型。我们研究了声子产生（从初始声子基态）对自旋态几率和自旋纠缠的内在影响。虽然人们通常认为声子效应是良性的，因为它们在纯伊辛模型中不起作用，但当向模型中加入横向场时，它们可以发挥重要作用。我们利用系统的量子时间演化算符的多体因式分解、绝热微扰理论和截断自旋-声子希尔伯特空间中薛定谔方程的精确数值积分以及声子自由度的追踪来研究这个问题。我们发现，适度的声子产生往往使不同自旋态的几率表现出与静态自旋哈密顿量不同的行为。在声子产生较小的情况下，自旋动力学状态概率收敛到静态自旋哈密顿预测，代价是减少自旋纠缠。我们展示了声子的产生如何严重阻碍了在受挫自旋系统中观察到的扭结转变时，离子的数量增加。我们的许多结果也对Penning阱中的量子模拟有意义。
2012-09-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cavity QED and Quantum Computation in the Weak Coupling Regime II : Complete Construction of the Controlled-Controlled NOT Gate
本文讨论腔QED量子计算。即考虑了一个基于激光冷却和线性囚禁在腔中的n个原子的量子计算模型，并将其实现为n个原子与n个外场相互作用的Tavis-Cummings哈密顿量。在弱耦合区求解模型的Schr{\”o}dinger方程，构造了n=2时的受控非门，利用几个共振条件和相应的旋波近似构造了n=3时的受控-受控非门.我们还提出了构造一般量子线路的设想。该方法比文献[K.藤井，东田，加藤和田，弱耦合区的腔QED和量子计算，J. Opt. B：量子半类。Op.{ \bf 6}（2004），502]。我们的方法不是启发式的，而是完全数学的，并且显著的特征是基于拉比振荡的一致使用。
2005-01-11 quant-ph
