Nonlinear Floquet dynamics of spinor condensates in an optical cavity: Cavity-amplified parametric resonance
研究了腔-旋量玻色-爱因斯坦凝聚体耦合系统的Floquet动力学。参数共振的预测,我们表明,由于腔反馈引起的非线性的自旋振荡可以被放大到所有的共振阶数,从而便于其检测。讨论了通过腔输出实时观测Floquet动力学的方法。
2019-09-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Femtojoule-scale all-optical latching and modulation via cavity nonlinear optics
我们在多原子腔量子电动力学(腔QED)系统中实验表征了飞秒焦耳能量尺度下的Hopf分叉现象,并展示了如何利用这种行为设计全光存储和调制器件。数据进行了分析,使用一个半经典模型,明确对待原子的异质耦合腔模式。我们的研究结果突出了腔QED系统的超低功耗光子信号处理以及介观非线性动力学的基础研究的兴趣。
2013-08-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Efficient and High-Fidelity Generation of Atomic Cluster State with Cavity-QED and Linear Optics
提出了一种利用腔量子电动力学(QED)和线性光学产生原子量子比特团簇态的方案。我们的计划是强大的不完美的因素,如耗散,光子损失,探测器效率低下。对该方案的实验可行性进行了讨论。
2007-03-14 quant-ph
Coherent Optical Spectroscopy of a Single Quantum Dot Via an Off-Resonant Cavity
在耦合量子点(QD)光学腔系统的实验中,即使在多个腔线宽失谐的情况下,也观察到量子点与腔之间的显著相互作用。这种相互作用归因于非相干声子介导的散射过程,在原子系统中是不存在的。在这里,我们证明,尽管其不相干的性质,这个过程保留了量子点和强驱动激光之间的相干相互作用的签名,这可以通过从非谐振腔的光发射观察到。在双色驱动下,腔发射表现出与量子点跃迁的光学修饰一致的光谱特征。除了揭示非共振QD腔相互作用的新方面之外,这一结果还提供了一种比传统方法更简单的相干探测QD的新方法,并开辟了采用非共振腔在量子网络中光学接口QD节点的可能性。
2011-03-14 quant-ph
Quantum logic between atoms inside a high Q optical cavity
我们提出了一个高Q光腔中两个四态原子之间的条件量子逻辑协议。本文中详细介绍的过程利用了直接的4光子2原子共振过程,并具有额外的优势,共同解决的两个原子时,他们在高Q光学腔。
2002-09-16 physics.atom-ph quant-ph
A single ion coupled to an optical fiber cavity
我们提出了一个结合的捕获离子和光学腔系统的实现,其中一个单一的Yb^+离子被限制在一个微米级的离子阱内的230微米长的光纤腔。我们描述了空间的离子腔耦合和测量的离子腔耦合强度使用腔刺激的拉姆达跃迁。由于光纤谐振腔的模体积小,离子和单个光子之间的相干耦合强度超过了偶极矩的自然衰减率。该系统可以集成到离子-光子量子网络中,是实现基于腔量子电动力学(cavity-QED)的囚禁离子量子信息处理的一个重要步骤。
2012-10-31 physics.atom-ph quant-ph
Optical Cavity Implementations of the Quantum Walk
我们讨论了如何创造量子行走的线上或圆上可以实现使用光波。我们提出了几个光学腔配置这些实现。
2003-09-17 quant-ph
Highly efficient coupling from an optical fiber to a nanoscale silicon optomechanical cavity
我们展示了从光纤到硅光子晶体光机械腔的高效光耦合。光纤-腔耦合采用紧凑型(L ~ 25 μ m)中间绝热耦合器。光学耦合是光刻控制的、宽带的、对光纤未对准相对不敏感的,并且原则上允许光从光纤传输到折射率大于光纤的折射率的任何光子芯片。在这里,我们展示了单侧腔耦合与总光纤腔光功率耦合效率为85%。
2013-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-shot optical readout of a quantum bit using cavity quantum electrodynamics
提出了一种利用腔量子电动力学实现量子比特单次光学读出的方法。我们选择性地将与不同量子比特基态相关的光学跃迁耦合到腔中,并利用腔transmittance的变化来产生由许多光子组成的量子比特读出信号。我们表明,这种方法即使在量子位没有标准共振荧光测量所需的良好循环跃迁时,也可以实现单次光学读出。我们计算的概率,测量检测到正确的自旋状态使用的例子,在各种实验条件下的量子点自旋,并证明它可以超过0.99。
2016-02-13 quant-ph
Atomic spin squeezing in an optical cavity
本文研究了光腔中原子系综集体自旋矢量的一个分量的压缩。原子与腔模相互作用,通过探测穿过腔的光场的状态来获得压缩。从随机主方程出发,导出了原子态和腔场态的时间演化,计算了原子自旋分量的期望值和方差以及腔模的求积。的设置的性能进行比较,通过探测的光场传输只有一次通过样品的原子的自旋压缩。
2008-05-05 quant-ph
Quantum limited measurements with lossy optical cavity enabled by dissipative optomechanical coupling
我们分析了一个腔光学机械装置,其中振荡器的位置调制光损耗。我们表明,在这样的设置量子有限位置测量可以进行,如果外腔耦合率匹配的光损耗率,一个条件称为“临界耦合”。此外,在这种条件下,该装置表现出许多潜在的好处,实际操作,包括完全没有动态反作用,因此光机械不稳定性,并拒绝经典的激光噪声和热波动的腔频率从测量记录。我们提出了两种实现方案:一种是基于信号回收的迈克尔逊型干涉仪,另一种是基于法布里-珀罗腔中的倾斜膜。
2019-03-26 quant-ph
Phase-sensitive Manipulations of Squeezed Vacuum Field in an Optical Parametric Amplifier inside an Optical Cavity
压缩真空场作为信号光注入光学谐振腔内的相敏光参量放大器(OPA),可以实现光场的放大或去放大。对于OPA,反射的量子化信号光场的光谱特性由注入的压缩真空光场与泵浦光场之间的相对相位控制。实验结果证明了OPA在量子机制下的相干现象,并显示了用于量子信息处理的量子涨落的相敏操纵。
2008-11-02 quant-ph
Emergence of atom-light-mirror entanglement inside an optical cavity
我们提出了一个方案,用于实现一个混合的,强量子关联系统形成的原子系综周围的高精细光学腔与振动镜。我们表明,该系统的稳定状态显示三分和二分连续变量纠缠在实验上可访问的参数制度,这是对温度的鲁棒性。
2008-01-15 quant-ph
Optical nonlinear dynamics with cold atoms in a cavity
本文研究了置于光学腔中的激光冷却囚禁铯原子与从6S_(1/2)(F=4)到6P_(3/2)(F=5)跃迁微失谐的探测光束相互作用的非线性动力学。该系统具有很强的双稳性和不稳定性。后者的起源被发现是由于饱和的光学跃迁的光泵浦和非线性之间的竞争。
1998-01-23 quant-ph
Microfabricated high-finesse optical cavity with open access and small volume
我们提出了一种新颖的微加工光学腔,它结合了一个非常小的模式体积与高精细度。与其他微谐振器(如微球)相比,我们构建的结构使原子和分子能够直接进入场模式的高强度部分,使它们能够与腔中的光子进行强烈的相互作用,以实现检测和量子相干操作的目的。光通过光纤直接耦合进和出谐振器,避免了对敏感耦合光学器件的需要。这使得腔作为芯片实验室的组件和量子网络中的节点特别有吸引力。
2005-06-28 quant-ph
Dynamics of a movable micro-mirror in a nonlinear optical cavity
研究了非线性光学腔中可动镜(悬臂梁)的动力学问题。我们发现,一个$χ^{(3)}$介质与一个强的克尔非线性放置在一个腔中抑制正常模式分裂(NMS)由于光子阻塞机制。本研究表明,NMS可以作为一种工具来观察光子封锁效应。我们还发现,在克尔介质的存在下,可动镜的反作用冷却减少。
2009-09-20 quant-ph
Cavity-enhanced optical readout of a single solid-state spin
我们演示了一个单电子自旋光读出腔量子电动力学。自旋被捕获在与纳米光子腔强耦合的单个量子点中。选择性地将量子点的光学跃迁之一耦合到腔模式导致自旋相关的腔反射率,其通过监测入射光场的反射强度来实现投影自旋测量。使用这种方法,我们证明了自旋读出保真度为0.61的量子点,具有一个穷人的分支比为0.43。使用来自裸点的共振荧光实现这种保真度将需要光子收集效率提高43倍。
2018-05-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electro-optics
研究了谐振腔光场与微波场通过电光效应耦合的量子动力学。这种耦合与通过辐射压力的光-机械耦合具有相同的形式,因此所有先前考虑的光-机械效应原则上也可以在电光系统中观察到。特别是,我指出的可能性激光冷却的微波模式,纠缠之间的光学模式和微波模式通过电光参量放大,和反作用规避光学测量的微波正交。
2010-06-30 quant-ph
Realization of nonlinear optical nonreciprocity on a few-photon level based on atoms strongly coupled to an asymmetric cavity
光学非互易性在光子信息处理中对于路由光信号或防止噪声的反向流动是重要的。利用强耦合腔QED系统中与少数原子相关的强非线性和非对称腔结构,我们在实验上证明了两个反向传播的极低功率光场之间的非互易传输。由于系统的高光学非线性,这种非互易性甚至可以发生在少光子水平上。通过改变与腔强耦合的有效原子数,可以灵活地调节工作功率。这一思想和结果可应用于光纤基腔QED系统中的光二极管芯片。我们的工作为利用强耦合原子的非线性特性在少光子水平上实现光学非互易性开辟了新的前景。
2019-10-31 physics.optics quant-ph
Cavity Nonlinear Optics at Low Photon Numbers from Collective Atomic Motion
研究了法布里-珀罗光学谐振腔中超冷原子位移引起的克尔非线性和色散光学双稳。在驱动谐振腔中,这种集体运动是由作用在一维腔内光晶格的最低能带中制备的高达$10^5$ $^{87}$ Rb原子上的光学力引起的。原子运动相干性的寿命允许在极低的腔光子数下的强非线性光学,如通过在光子数低于1时观察光学双稳性的两个分支所证明的。
2007-09-05 quant-ph
CNOT gate by adiabatic passage with an optical cavity
本文提出了一种在光学腔中利用绝热通道构造CNOT门的方案。与先前提出的方法相反,该技术不是基于分数绝热通过,这需要控制两个脉冲幅度的比率。此外,该技术构成了一个消相干的方法,在这个意义上,自发发射和腔阻尼是避免的,因为动态遵循暗态。
2005-09-27 quant-ph
A cavity QED system with defect-free single-atom array strongly coupled to an optical cavity
本文实验实现了无缺陷单原子阵列与光学腔的强耦合,验证了耦合强度随原子数的平方根集体增强,为分布式量子计算和多体物理研究奠定基础。
2025-02-27 physics.atom-ph quant-ph
Excess noise depletion of a Bose-Einstein condensate in an optical cavity
耦合到超冷玻色子运动中的腔场的量子涨落可以被一种类似于不稳定腔激光器中的彼得曼过剩噪声因子的机制强烈放大。对于稳定光学谐振腔中的玻色-爱因斯坦凝聚体,过量噪声效应在长时间尺度上相当于显著的损耗。
2008-12-02 quant-ph
Toward an ion-photon quantum interface in an optical cavity
我们展示了几个积木的离子-光子接口的基础上捕获的钙离子在光学腔。我们确定了一个有利的实验配置和测量系统参数,包括相对运动的捕获离子和谐振器模式。获得了$4^{2}S_{1/2}$和$3^{2}D_{5/2}$流形之间的腔辅助拉曼跃迁的完整光谱。在其中两个过渡,我们产生正交偏振腔光子,我们展示了相应的一对原子态的相干操纵。讨论了在离子-腔系统中实现原子-光子纠缠和态映射的可能性。
2012-01-17 quant-ph
All-optical tuning of a quantum dot in a coupled cavity system
我们提出了一种全光调谐半导体量子点与腔模共振的方法。我们使用的系统包括两个包含一个单一的量子点的倏逝耦合腔。耦合腔系统的一个谐振用于产生腔增强光学斯塔克位移,使得QD能够被谐振调谐到另一个腔模式。当非共振QD被Stark移位到腔模共振时,测量到来自QD的光子发射增加了27倍,这归因于QD的辐射增强。当入射功率为88 μW时,量子点的最大调谐波长为0.06nm。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum atomic lithography via cross-cavity optical Stern-Gerlach setup
我们提出了一个全量子方案来执行二维原子光刻的基础上,交叉腔光学Stern-Gerlach设置:一个阵列的两个相互正交的腔交叉的原子束垂直于他们的光轴,这是与两个相同的模式相互作用。在推导出原子动量分布的解析解后,我们引入了一个协议,允许我们通过操纵腔场态的振幅和相位来控制原子偏转。
2014-08-27 quant-ph
A Cavity Load Lock Apparatus for Next-Generation Quantum Optics Experiments
腔量子电动力学(QED),研究量子发射体和光子之间的相互作用,是量子科学在计算,网络和合成物质中的重要工具。在原子腔QED中,这种方法通常依赖于超高真空室,其中容纳冷捕获原子系综和光学腔。升级谐振腔需要长达数月的费力过程,包括移除外部光学器件、通风、更换谐振腔、烘烤和更换光学器件,这构成了谐振腔设计创新的实质性瓶颈。在这项工作中,我们证明了光学腔的灵活性,以及在它们之间切换的快速周转时间,可以通过真空加载锁技术来恢复-将安装腔、烘烤腔和将其运输到科学室的周期时间减少到几天,在科学室中实现3x 10 ^(-10)Torr的压力。通过减少真空限制,这种方法对于有兴趣快速探索新型光学腔或任何其他依赖于真空光学的原子物理学的实验室来说特别强大。
2023-01-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Coupling an electron spin in a semiconductor quantum dot to an optical nano-cavity
我们提出了一个方案,有效地耦合一个单一的量子点电子自旋的光学纳米腔,这使我们能够同时受益于腔作为一个有效的光子接口,以及执行高保真度(近100%)自旋初始化和操纵体半导体实现。此外,腔的存在加速自旋初始化过程超过GHz。
2013-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Perfect Optical Nonreciprocity in a Double-Cavity Optomechanical System
非互易器件是构建量子网络必不可少的器件,在现代通信技术中无处不在。本文利用光机相互作用和线耦合相互作用实现了双腔光机系统中的光非互易传输。该方案依赖于两个相互作用之间的干扰。导出了系统实现理想光学非互易性的必要条件,并分析了光学非互易传输特性和机械模输出光场特性。这些结果可用于控制量子信息处理中的光传输。
2019-09-11 quant-ph
Generation of Atom-Light Entanglement in an Optical Cavity for Quantum Enhanced Atom-Interferometery
我们从理论上研究了在光学腔中通过拉曼超辐射产生原子-光纠缠,并展示了如何利用这一点来提高原子干涉测量的灵敏度。我们模拟了一个现实的光学腔,并表明,通过仔细的时间整形的光学本机振荡器用于测量从腔中发射的光,在光学模式中的信息可以与来自原子干涉仪的信号相结合,以减少量子噪声,从而提高灵敏度。它被发现在物理。110,053002(2013),需要原子“种子”以减少自发发射并允许器件的单模行为。在本文中,我们发现,光学腔减少了对原子种子的需要,这允许更强的原子-光关联和更高水平的量子增强。
2016-02-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Off-resonant Raman echo quantum memory on atoms with natural inhomogeneous broadening in optical QED cavity
提出了一种在非共振拉曼原子跃迁的最佳QED腔中实现基于光子回波的量子存储的新方案。该方案采用原子系综,其特征在于由任意窄的均匀光谱分量组成的共振线的光学薄共振跃迁和自然的非均匀加宽。该方案提供了鲁棒的和相当简单的相干控制的光原子动力学,可以通过使用现有的光学技术实现,并打开了一个实用的方法,实现高效的长寿命多模光量子存储器。
2013-03-09 quant-ph
A quantum-network register assembled with optical tweezers in an optical cavity
针对量子系统规模化扩展难题,研究提出利用光镊与光学晶格在光学腔中确定性组装二维原子阵列的量子寄存器,实现近90%效率的多路复用原子-光子纠缠,为分布式量子信息处理提供新路径。
2024-07-12 quant-ph
Continuous generation of quantum light from a single ground-state atom in an optical cavity
我们提出了一种利用单个三能级原子产生量子光的光学混频方案。原子耦合到光学腔和两个激光场,这两个激光场一起驱动原子内的循环电流。弱驱动与强原子-腔耦合相结合诱导系统暗态之间的跃迁,伴随着单光子发射和量子干涉对原子激发的抑制。对于强驱动,该系统可以产生相干或薛定谔猫状场,其频率与所施加的激光不同。
2020-03-17 quant-ph
A Monolithic Filter Cavity for Experiments in Quantum Optics
通过在一个商用平凸透镜的两面涂上高反射率的介质膜,我们制作了一个稳定的单片法布里-珀罗腔,适合用作量子光学实验中的窄带滤波器。通过热膨胀选择谐振频率。由于长期的机械稳定性,不需要光学锁定技术。我们表征的腔性能作为一个光学滤波器,获得45 dB的抑制不需要的模式,同时保持60%的传输。
2012-03-21 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Phase separation and multistability of two-component Bose-Einstein condensate in an optical cavity
本文研究了耦合到光场的二组分玻色-爱因斯坦凝聚体的多稳态性和不稳定性条件。在强不混溶条件下,系统呈现出多种密度结构,包括分离态、条纹态以及它们的共存。多稳性产生于这些空间结构的两个组件的冷凝,这显着改变的滞后曲线相对于腔泵的强度。我们提出了一个变分方法来证实我们的数值结果。
2022-02-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamical quantum phase transitions in the dissipative Lipkin-Meshkov-Glick model and proposed realization in optical cavity QED
我们提出了一个光学腔QED配置,描述了一个耗散版本的Lipkin-Meshkov-Glick模型的无限协调的自旋系统。这个开放量子系统表现出一阶和二阶非平衡量子相变作为一个单一的,有效的场参数是不同的。从腔中发出的光提供了临界行为的可测量特征,包括自旋-自旋纠缠。
2008-02-01 cond-mat.other quant-ph
Microwave-optics Entanglement via Cavity Optomagnomechanics
本研究提出腔光磁力学系统中制备微波-光学稳态纠缠的新机制,利用磁机械参量下转换及两类相互作用分发纠缠,所得纠缠抗热噪声,可用于混合量子网络与量子信息处理。
2023-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Quantum Information Processing Using Excitonic States of Quantum Dots and an Optical Cavity Manipulated by Collinear Laser Fields
在本文中,我们研究了一个用于量子信息处理的量子门的实现,该量子门是在共线激光场操纵的光腔中的量子点系统中实现的。为了简单起见,我们只给出了腔中两个量子点与两个共线场相互作用的模拟的理论和数值结果。可以以与两个量子点系统类似的方式来完成对腔中的许多量子点系统的扩展。结果表明,由于采用了共线场,通过适当选择共线场的失谐量和振幅,可以实现双量子比特门操作。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electro-optics. II. Input-output relations between traveling optical and microwave fields
在以前的论文[M. Tsang,Phys.Rev.A81,063837(2010),e-print arXiv:1003.0116]中,我提出了腔电光调制器的量子模型,其可以将光学腔模式相干地耦合到微波谐振器模式,并且能够对这两种模式进行新颖的量子操作,包括微波模式的激光冷却、电光纠缠和微波正交的反作用规避光学测量。在这篇论文中,我将着重研究耦合到腔电光调制器的行波光场和微波场之间的量子输入输出关系。与红边带光泵浦,示出的关系类似于那些的光束分裂器的行波场,所以在零寄生损耗和临界耦合的理想情况下,微波光子可以相干上转换为“飞行”的光子与单位效率,反之亦然。在蓝边带泵浦下,该调制器作为非简并参量放大器,可以产生光频和微波频的双模压缩和混合纠缠光子对。这些基本操作提供了一个潜在的桥梁电路量子电动力学和量子光学。
2011-08-12 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Coherent interference effects in a nano-assembled optical cavity-QED system
含有NV色心的金刚石纳米晶体被定位在使用光纤锥的高Q SiO2微盘腔的近场中,具有100纳米尺度的精度。研究了腔修正的双光子荧光,在远场发射光谱中观察到类Fano量子干涉特征。提出了该系统的量子光学模型,由此估算出在接近最佳位置的情况下,NV-零声子线到微盘的相干耦合速率为28 MHz。
2008-12-25 physics.optics quant-ph
First-order superfluid-Mott-insulator transition for quantum optical switching in cavity QED arrays with two cavity modes
从理论上研究了双光子模式下耦合阵列腔量子电动力学(腔QED)系统的基态。在Gutzwiller型变分方法中,我们发现了Mott绝缘相和超流相之间的一阶量子相变以及传统的二阶量子相变。一阶相变被发现,只有特定类型的发射模型,其物理起源是澄清的基础上的分析参数,允许在微扰和半经典的限制。关联光子的一阶跃迁不仅伴随着超流相腔间相干性的出现,而且伴随着发射极态的不连续变化。我们还讨论了一阶跃迁发生的条件,这可能导致未来的设计策略与腔QED阵列的量子光开关器件。
2013-06-03 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Quantum optics and cavity QED with quantum dots in photonic crystals
本章主要研究半导体量子点在光子晶体腔中的外延生长量子光学。首先,我们将简要介绍光子晶体和量子点,然后介绍腔量子电动力学(QED)效应,特别强调在量子点-光子晶体平台上演示这些效应。最后,我们将重点讨论这种腔QED效应的应用。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph