Nonlinear quantum dot optomechanics
波混频是玻色子系统中的一种典型现象。在光学力学中，光学频率的电磁波或光子与射频的弹性波或声子之间的双向转换正是建立在这一基本原理上。表面声波在芯片上提供了一种通用的互连，因此能够实现远程系统的光机控制。本文报道了两个射频声表面波和激光光子的相干场通过单个量子点激子的偶极跃迁实现的相干非线性三波混频。在解决边带制度，我们证明了两个SAW之间的和差频产生的基本声学模拟，并采用相位匹配确定性地增强或抑制个别边带。这种声域和光域之间的双向传输是由理论描述的，该理论充分考虑了直接和虚拟的多声子过程。最后，我们表明，波混合的精度是有限的现代射频电子学的频率精度。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Nonreciprocal transport based on cavity Floquet modes in optomechanics
定向输运在各种多模系统中通过驱动单个玻色子模式之间的多个非相互干扰的相互作用来获得。然而，维持所需数量的模式的系统在物理上变得复杂。在我们的微波光机械实验中，我们展示了如何配置耦合到两个鼓膜振荡器的单个超导腔的频率分量之间的非互易输运。频率分量被提升到Floquet模式，并产生缺失的维度，以实现隔离器和定向放大器。通过这种布置留下的自由的第二腔用于冷却机械振荡器并使转导噪声接近量子极限。此外，我们发现了一种新类型的非互易耦合特定的不稳定性。我们的方法是通用的，可以大大简化量子信号处理和低维系统的拓扑格的设计。
2019-12-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-limited amplification and parametric instability in the reversed dissipation regime of cavity optomechanics
腔光机械现象，如冷却，放大或光机械诱导的透明度，出现由于参数耦合的电磁和机械谐振器的耗散率的强烈不平衡。在这里，我们分析了反向耗散制度的机械能弛豫率超过电磁腔的能量衰减率。我们证明，这种机制允许电磁模式的机械诱导放大（或冷却）。增益，带宽，和增加的噪声，这种电磁放大器的推导和比较，在正常的耗散制度的放大。此外，我们还分析了参量不稳定性，即光机械布里渊激光，并将其与传统的光机械声子激光进行了对比。最后，我们提出了一个实验方案，实现了反向耗散制度，使用参数耦合和光学机械冷却与第二电磁模式，使量子限制放大。高Q超导微波谐振器的最新进展使反向耗散机制在实验上成为可能。
2014-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocity in microwave optomechanical circuits
非互易装置，如隔离器和循环器是必要的，以保护敏感设备免受不必要的噪音。最近，提出了各种替代方案来取代基于铁氧体的商业技术，其动机是与微波超导量子线路集成。在这里，我们回顾了微波光机械电路实现的隔离器，并提出了一个回转器为基础的图片，发展在这些系统中的非互易性的起源的直觉。这种非互易的光机械方案显示出希望，因为它们可以扩展到循环器和定向放大器，在增加的噪声方面具有达到量子极限的前景。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Optomechanical microwave amplification without mechanical amplification
高增益、低噪声信号放大是各种低温微波实验的重要手段。微波光机械装置是一种能够以高增益和大动态范围放大微波信号的技术，其中振动电容器调制微波谐振腔的频率。这种光机械放大器通常依赖于微波光子对在光机械的边带分辨极限中实现的机械模式的强反作用。在这里，我们观察到微波放大的光机械腔中的极端未解决的边带限制。观察到一个大的增益的任何失谐的单泵音内的腔线宽，一个明确的指示，放大是不是由动态反作用引起的。通过能够放大泵浦信号的任何失谐，放大中心频率可以在宽腔线宽的整个范围内调谐。此外，通过提供微波放大没有机械放大，我们预测，使用该方案，它是可能实现近量子限制的微波放大，尽管一个大的热占据的机械模式。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Topological framework for directional amplification in driven-dissipative cavity arrays
定向放大是根据信号的传播方向选择性地放大信号的技术，作为包括量子信息处理在内的应用的关键资源，已经引起了人们的广泛关注。最近，几个物理上非常不同的定向放大器已被提出并在实验室中实现。在这项工作中，我们提出了一个统一的框架，拓扑结构的基础上理解非互易性和定向放大驱动耗散腔阵列。具体来说，我们揭示了一个非零拓扑不变定义的动态矩阵和制度的频谱上的定向放大，其中的端到端的增益随腔的数量呈指数增长之间的一一对应关系。我们计算分析的散射矩阵，增益和反向增益，显示其明确的依赖于拓扑不变量的值。实现定向放大的参数制度，可以优雅地从拓扑的“相位差”，它提供了一个指导原则，相位保持和相位敏感的多模定向放大器的设计。
2020-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Traveling Wave Parametric Amplifier Isolator
本文提出一种基于约瑟夫森结的行波参量放大器隔离器，利用三阶非线性放大和二阶非线性上转换实现方向性，在超500 MHz带宽内实现20 dB增益和30 dB反向隔离，为无磁隔离器的量子极限微波放大线路奠定基础。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low-power phonon lasing through position-modulated Kerr-type nonlinearity
我们演示了腔光学力学（COM）中的低功率放大过程。这种操作是基于非线性位置调制自克尔相互作用。由于这个非线性项，有效耦合与光子数高度成比例，导致协同性的巨大增强。即使对于小的非线性，系统也达到了弱驱动强度的放大阈值，导致低功率声子激光。该放大器可以是相位保持的，并且提供与功耗问题相关的实际优点。这项工作为在光机械及相关领域实现低功耗、高效率的放大器开辟了新的途径。
2018-07-18 cond-mat.mes-hall
Cavity electromechanics with parametric mechanical driving
在过去的几年中，微波光机械电路已被证明是非常powerfool工具，探索宏观机械振荡器的基础物理，以及作为有前途的候选人，为新的芯片上的量子限制微波器件。在迄今为止的大多数实验中，机械振荡器要么被用作无源器件元件，其位移使用超导腔来检测，要么由腔内场来操纵。在这里，我们探讨了直接和参数化操纵腔机电系统的机械纳米梁谐振器的可能性，这为微波光机械设备的工具箱提供了额外的功能。除了使用腔作为干涉仪来检测参数调制的机械位移和压缩热机械运动，我们证明了纳米梁谐振频率的参数调制可以实现腔内微波光子的相敏参量放大器。与使用机电电路的许多其他微波放大方案相比，所提出的技术允许机械元件的同时冷却，这可能使这种类型的光机械微波放大器成为量子限制的。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nonreciprocal Photon Transmission and Amplification via Reservoir Engineering
我们讨论了一个一般的方法来构建非互易，基于腔的光子器件，匹配一个给定的相干相互作用与相应的耗散对应物的基础上，我们的方法概括了级联量子系统理论中使用的基本结构，并可以呈现一个非常广泛的类的相互作用方向。与标准的基于干扰的方案相比，我们的方法允许在宽带宽上的定向行为。我们展示了如何可以用来设计隔离器和定向，量子限制放大器。我们将详细讨论如何使用这种一般方法来构造一个定向的、无噪声的相敏放大器，它不受任何基本增益带宽约束的限制。我们的方法特别适合于使用超导微波电路和光机系统的实现。
2015-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Fast feedback control of mechanical motion using circuit optomechanics
本文在电路光机电系统中实现基于测量的机械振子反馈冷却，将热噪声降至3个量子，并在无反馈时不稳定的蓝光力学边带泵浦条件下实现显著冷却。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Wireless Josephson Amplifier
约瑟夫森结参量放大器在超导量子信息实验的读出链中起着至关重要的作用。然而，它们与当前3D腔实现的集成提出了在波导、同轴电缆和平面电路之间转换的问题。此外，约瑟夫森放大器需要辅助微波组件，如定向耦合器和/或混合器，其是限制测量效率和放大器可调谐性的寄生损耗和阻抗失配的来源。我们为这些参量放大器开发了一种新的无线架构，消除了多余的微波元件和互连。这大大简化了它们的组装和集成到实验中。我们提出了一个实验实现这样的设备在$9-11$ GHz频段约$100$ MHz的幅度增益带宽产品，与安装在传统的样品架上的设备。呈现给放大器的更简单的阻抗环境也导致放大器可调谐性增加。
2014-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum optomechanics with a high-frequency dilational mode in thin dielectric membranes
在中间膜装置中，研究了介质薄膜高频伸缩模与光腔场的相互作用。从第一原理的推导导致多模光学机械哈密顿量，其中多个腔模式通过膜的厚度变化耦合。对于一微米量级的膜厚度，该膨胀模式的频率在GHz范围内。这可以与光学腔的自由光谱范围相匹配，使得机械振荡器将在不同频率处谐振地耦合腔模式。此外，如此大的机械频率也意味着可以用常规制冷技术达到运动的量子基态。与现实参数的耦合强度的估计表明，光学机械效果可以观察到这种扩张模式。它示出了如何该系统可以用作量子限制光放大器。膨胀运动也可以导致不同频率的腔模之间的量子关联，这是量化的实验上可访问的双模压缩谱。最后，在该系统中的辐射压力散粒噪声的显式签名被识别。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal State Conversion between Microwave and Optical Photons
光机械量子接口可以用来连接混合量子网络中具有明显不同频率的系统。本文提出了一种通过光机械界面实现微波与可见光之间非互易量子态转换的方案。通过引入辅助腔和控制线性化光机械耦合之间的相位差，可以实现单向状态传输。该接口可以用作隔离器、循环器和双向开关，将输入状态路由到选定的输出通道。我们表明，在一个广义的阻抗匹配条件下，状态转换可以达到高保真度，并对机械模式的热波动是强大的。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal reconfigurable microwave optomechanical circuit
实现非互易微波传输的器件在雷达和射频通信系统中无处不在，并且通常依赖于磁偏置铁氧体材料。这种器件在超导量子线路的读出链中也是不可或缺的，因为它们保护敏感的量子系统免受读出电子器件发出的噪声的影响。由于基于铁氧体的非互易器件体积大、有损耗并且需要大的磁场，因此人们对无磁场的片上替代方案（例如最近使用约瑟夫森结实现的那些）产生了极大的兴趣。在这里，我们实现了可重构的非互易传输两个微波模式之间使用纯粹的光机械相互作用的超导机电电路。我们分析了这种非互易电路的传输特性和噪声特性。该方案依赖于介导微波腔之间耦合的两个机械模式中的干涉。最后，我们展示了如何量子限制循环器可以实现相同的原则。该技术可以在没有任何外部磁场的情况下构建在芯片上，因此与超导量子线路完全兼容。这里展示的所有光力学介导的非互易性也可以扩展到实现定向放大器，并且它形成了实现光和声的拓扑状态的基础。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Optomechanical parametric oscillation of a quantum light-fluid lattice
双光子相干态是非线性光学和量子光学的主要支柱之一。它是产生最小不确定性量子态和纠缠光子对的基础，这些应用不能从标准相干态或单光子激光器获得。在这里，我们描述了一个完全谐振的光机械参量放大器，涉及一个极化激元凝聚体的陷阱晶格二次耦合到机械模式。二次耦合来自于由光机耦合引起的到扩展离散激发态的非共振虚拟跃迁。非共振连续波（CW）激光激发导致惊人的实验结果，包括出现optomechanically诱导的站点间参数振荡和站点间隧道的极化激元在离散的陷阱间失谐对应的两个参与的机械振荡（20和60 GHz的限制振动）的能量之和。我们表明，相干机械振荡对应的阈值条件不同的标准线性光机械自振荡的参数共振。相关的阿诺德舌头显示了一个复杂的情况下，国家的不稳定区域。所观察到的新现象可以应用于产生纠缠声子对、与传感和量子计算相关的压缩机械态，以及在技术相关范围内的信号双向频率转换。
2021-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Quantitative calibration of a TWPA applied to an optomechanical platform
该研究针对微波光机械平台中的行波参量放大器（TWPA）开展定量校准，考虑其功率依赖性等特征并进行唯象拟合，实现声子布居的绝对定义，误差控制在±20%。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-ground state cooling in electromechanics using measurement-based feedback and Josephson parametric amplifier
本文在微波光机械系统中利用近量子极限 Josephson 行波参量放大器和测量反馈，将宏观 SiN 薄膜冷却至 1.6 个声子，并揭示多音下边带不对称受 Kerr 效应主导。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
The noise cost of reservoir locality in broadband quantum amplifier chains
Beijing Institute of Petrochemical Technology（北京石油化工学院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，凝聚态物理国家实验室）；Faculty of Science, Kunming University of Science and Technology（昆明理工大学理学院）；State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院，光电材料与技术国家重点实验室）；Jining University（济宁学院）
该研究针对宽带量子放大器链，分析储层局域性的噪声代价，构造相邻位点损耗通道作为基准，对比均匀与二聚化链的噪声性能，为低温微波阵列的储层设计提供理论指导。
2026-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Ultra-low-noise Microwave to Optics Conversion in Gallium Phosphide
机械谐振器由于其高的品质因数，可以作为微波和光学域中单光子界面的优良中介。然而，克服频率之间的大能量差所需的光泵可能会给转换信号增加显著的噪声。在这里，我们利用薄膜磷化镓的显着性能来演示微波和光频率之间的双向片上转换，实现了千兆赫兹频率的光机械谐振器的压电驱动。大的光机械耦合和抑制材料中的双光子吸收，使我们能够操作的设备在光机械的协同大大超过一。或者，当使用脉冲上转换泵浦时，我们证明了我们诱导少于一个热噪声声子。我们包括一个高阻抗的片上匹配谐振器调解机械负载与50欧姆的来源。我们的研究结果建立了磷化镓作为一个多功能的平台，微波和光学频率之间的超低噪声转换的光子。
2022-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A dissipative quantum reservoir for microwave light using a mechanical oscillator
从精确测量到控制单个量子系统，系统与其环境的隔离通常是可取的;然而，耗散也可以是一种有用的资源。值得注意的是，工程耗散使得原子、离子或超导量子比特的量子态的制备以及它们的稳定化成为可能。这是通过适当地设计耦合到由电磁模式形成的耗散冷储存器来实现的。类似地，在腔机电和光机械领域中，对机械振荡器的控制利用电磁自由度的固有冷耗散性质。打破这种范式，最近的理论工作已经考虑了相反的制度，其中机械振荡器的耗散占主导地位，并提供了一个冷的，耗散水库的电磁模式。在这里，我们实现了微波腔光机系统中的这种反向耗散制度，并实现了准瞬时，微波光的冷水库。耦合到这个水库能够操纵微波腔的敏感性，对应于微波场的动态反作用控制。此外，我们观察到参数不稳定性的开始，即微波的受激发射（激射）。同样重要的是，水库可以作为一种有用的量子资源。我们证明这一点，采用工程冷水库实现大增益（40分贝以上）相位保持微波放大器，操作0.87量子以上的限制由量子力学施加的附加噪声。这种耗散冷库形成微波纠缠方案的基础，耗散量子相变的研究，具有无限增益带宽产品的放大器和非互易设备，从而扩展了量子限制微波操纵技术的可用工具箱。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Non-Hermitian topology in driven-dissipative systems: correspondence with quantum correlations and a resource for entanglement
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；University of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）
本文研究驱动-耗散系统中的非厄米拓扑，发现其与量子关联对应，并为纠缠提供资源，推导解析表达式，揭示关联指数增长及拓扑相变特征。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
