Large-Enhancement Nanoscale Dynamic Nuclear Polarization Near a Silicon Nanowire Surface
本文将脉冲动态核极化与纳米尺度力检测磁共振结合，在6 K和0.33 T下实现纳米糖液滴质子自旋极化增强100倍，并将平均时间缩短200倍，显著推进了纳米尺度成像能力。
2024-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Composite pulses for high-fidelity population inversion in optically dense, inhomogeneously broadened atomic ensembles
我们推导出复合脉冲序列，实现高保真度激发的两个状态系统中的光学密集，非均匀加宽的合奏。复合脉冲抵抗由于它们在其中传播的介质的反作用而引起的失真，并且能够创建到光学深度$αz>10$的高保真反演。它们具有平滑的脉冲形状，用于量子计算和通信中光学原子跃迁的相干控制。它们是单$π$脉冲激励方案和绝热通道方案之间的中间解决方案，比前者更容差，但仍然比后者快得多。
2016-01-08 quant-ph
Dynamical decoupling methods in nanoscale NMR
核磁共振（NMR）方案可以借助于量子传感器（例如金刚石中的氮空位（NV）色心）应用于微米和纳米尺寸的样品。这些微小的设备允许在环境条件下以高空间和频率分辨率对核自旋系综进行磁力测量，从而在化学，生物学，医学和材料科学等不同领域产生明显的影响。在实践中，NV量子传感器由具有双重目的的微波（MW）控制场驱动：一方面，MW场桥接NV与附近核之间的能隙，这使得它们之间能够进行相干和选择性耦合，而另一方面，MW场去除NV上的环境噪声，从而导致增强的询问时间。在这项工作中，我们审查不同的MW辐射模式，或动态去耦技术，纳米级NMR应用。
2021-07-16 quant-ph
Coherent control of light transport in a dense and disordered atomic ensemble
光在密集无序的冷原子系综中的输运，其中原子偶极子的合作本质上改变了它们与辐射模式的耦合，为光-物质接口协议提供了另一种方法。在这里，我们展示了如何协同性和准静态偶极相互作用的影响下的电磁感应透明（EIT）的条件下的光传播过程。我们进行比较分析的自洽方法与从头计算微观计算，并强调原子间的相互作用中的偶极动力学的作用。我们的研究结果表明，在这样一个密集的和强烈的无序系统的EIT为基础的光存储协议保持相对不敏感的配置变化，可以得到基本上更少的原子比通常需要的稀配置。
2015-03-09 quant-ph
Collective emission of photons from dense, dipole-dipole interacting atomic ensembles
我们研究了冷的、被囚禁的原子系综的集体辐射性质。我们认为高密度制度的平均原子间距离是可比的，或小于，由原子发出的共振光辐射的波长。我们发现，从激发原子系综的光子的发射率强烈增强拉长云。我们分析了原子系综的集体单激发本征态，发现吸收/发射光谱与非相互作用（低密度）或单原子光谱相比被加宽并向较低频率移动。我们还分析了发射的辐射的空间和时间的轮廓。最后，我们探讨了如何有效地激发集体超辐射态的原子系综从长寿命的存储状态，以实现量子计算和通信应用的物质-光接口。
2021-02-05 quant-ph
Collective many-body dynamics in a solid-state quantum sensor controlled through nanoscale magnetic gradients
本研究针对致密固态电子自旋系综中缺陷与位置无序阻碍相干关联行为的问题，结合时变磁梯度与金刚石自旋系综全局相干控制，借助哈密顿量工程实现抗无序的集体多体动力学，为量子计量和纳米成像提供新途径。
2025-10-29 cond-mat.dis-nn quant-ph
Impedance-tuned microwave loop for fast, homogeneous Rabi oscillations of a dense ensemble of NV-diamond electronic spins
提出阻抗调谐的金刚石耦合平面微波环，通过增强中心均匀微波场，在稠密NV自旋系综上实现136.3 MHz、不均匀度1.5%的Rabi振荡并完成高分辨率磁信号检测。
2025-07-23 quant-ph
A graphene platform for nano scale coherent interaction of surface plasmons with resonant atomic ensembles
提出含原子系综的二维石墨烯平台，通过求解Maxwell-Bloch方程推导修正面积定理，实现SP脉冲纳米尺度稳定传播，为紧凑多模纳米量子存储器集成提供新方案。
2025-07-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optically induced static magnetic field in ensemble of nitrogen-vacancy centers in diamond
在纳米尺度下产生局部磁场对于诸如基于自旋量子比特的量子存储器的许多应用是期望的。然而，由于静态磁场的缓慢衰减，这是一个挑战。在这里，我们证明了光子自旋密度（PSD）诱导的有效静态磁场的整体氮空位（NV）中心在大块金刚石。这种局部感应的磁场是光激发和NV中心之间相干相互作用的结果。我们证明了在布洛赫球上的光诱导自旋旋转超过10度，这在自旋量子比特的全光相干控制中有潜在的应用。
2022-05-06 quant-ph
Ising Blockade of Resonant Transport in Dense Spin Ensembles
Institute of Theoretical Physics, Shanxi University（山西大学理论物理研究所）
通过引入伊辛阻塞机制，解释了密集无序偶极自旋系综中共振能量输运的异常缓慢弛豫，并提出了无自由参数的修正标度律，统一了三维和二维系统中的标度指数。
2026-10-30 quant-ph
Dynamics of thermalization and decoherence of a nanoscale system
我们研究了非微扰耦合到完全量子力学浴的纳米系统的退相干和热化动力学。该系统是在整个系统的纯态下从平衡态制备的。我们提出了一个随机矩阵模型，并分析表明，在系统接近平衡态的过程中，存在两个鲁棒的时间区域--初始高斯衰减，随后是指数尾，这与小相互作用晶格上的数值结果一致[S. Genway，A.F.何和D.K.K. Lee，Phys. Rev. Lett. 105，260402（2010）]。此外，系统按照本征态热化假设向吉布斯系综衰减。
2013-09-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Influence of atomic motion on the collective effects in dense and cold atomic ensembles
我们表明，原子运动不仅导致显着的定量，但在某些情况下，也到密集和冷原子系综集体效应的定性修改，即使在这种情况下，当特征多普勒频移是几十倍小于自然线宽。观察到的影响被解释为由于抑制的亚辐射的原子的位移所造成的集体状态的影响。
2019-07-01 physics.atom-ph quant-ph
A scaling law for light scattering from dense and cold atomic ensembles
计算了偏振光与冷原子系综散射的微分截面。数值分析了随着原子系综尺寸的增大，原子的截面的变化。我们表明，对于典型的实验条件下，可以得到一个近似的标度律。非常好的协议被发现在与实验数据的大小依赖性的87$Rb原子的密集和冷云的比较。
2012-03-31 physics.atom-ph quant-ph
Nanoscale NMR Spectroscopy using Self-Calibrating Nanodiamond Quantum Sensors
常规的核磁共振（NMR）光谱依赖于从分子的宏观系综获取信号以获得关于分子结构和动力学的信息。将这种技术转移到纳米级样品大小将使分子分析没有平均的影响，在空间和时间的不均匀性，而不需要宏观体积的分析物，这两个固有的大合奏测量。基于大块金刚石芯片内部的氮空位（NV）中心的纳米级NMR实现了单核自旋灵敏度和确定化学结构所需的分辨率，但对于最敏感的设备，它们的检测体积仅限于金刚石表面上方几纳米。这使得它们无法在较厚的结构（如细胞）内以纳米级分辨率用于核自旋传感。在这里，我们展示了在（19 nm）3体积中使用多功能NV-NMR设备内的纳米金刚石，具有典型的30 nm直径的NMR信号从多个核素的检测。该装置检测由少量分析物分子产生的信号，数量级为1000。为了原位使用这些装置，必须针对每个纳米金刚石装置的未知几何形状校正检测到的信号。我们表明，这样的校准可以通过利用金刚石表面上的原子核薄层的信号来执行。这些结果，结合纳米金刚石的低毒性和它们对表面功能化的顺从性，表明纳米金刚石NV-NMR装置可以成为活细胞内基于纳米级NMR的传感的有用工具。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Cooperative spontaneous decay of local excitation in a dense and disordered ensemble of point-like impurity atoms near a charged conductive surface
基于量子微观理论，研究了位于带电导电表面附近的点状杂质原子密集无序系综中激发态原子的自发衰变过程。分析了导电表面附近场模空间结构的改变和电场对原子间偶极偶极相互作用特性的影响。这导致了系综内激发态原子跃迁谱的修正和自发衰变动力学。我们已经证明了电场改变了合作兰姆位移，以及亚辐射和超辐射衰变的特征。
2019-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Microscopic Theory of Scattering of Weak Electromagnetic Radiation by a Dense Ensemble of Ultracold Atoms
基于量子微观理论，详细描述了弱电磁辐射与稠密超冷原子云的相互作用。微分和总合作散射截面计算单色辐射的一般理论的应用程序作为特定的例子。确定散射光的角度、光谱和偏振特性。研究了这些量对样品尺寸和原子浓度的依赖关系，并分析了集体效应的影响。
2011-02-18 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement criteria for two strongly interacting ensembles
两个相互作用的原子系综在临界耦合强度以上表现出类Dicke量子相变。我们发现，系综-系综纠缠伴随着量子相变。我们导出了两个相互作用系综的纠缠判据。我们观察到所有的判据在热力学极限下都是成功的，而只有新引入的类数压缩判据才能证明有限个粒子的系综-系综纠缠。我们还提到了这些标准的实施，两个组件的冷凝系统和纳米量子等离子体。
2019-11-28 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Decoupling Dipolar Interactions in Dense Spin Ensembles
本文结合数值模拟与固态核磁共振实验，评估了多种脉冲序列在抑制稠密自旋系综偶极耦合中的性能，揭示了局部无序等因素对解耦效率的影响，并验证了时间暂停序列保护多自旋关联的能力。
2024-12-22 quant-ph
Interaction of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond with a Dense Ensemble of Carbon-13
本文研究金刚石氮-空位中心与高浓度碳-13核自旋的相互作用，通过5–200 G光探测磁共振谱分析，提出与应变无关的碳-13浓度测量方法并解释谱线窄特征。
2023-10-10 quant-ph
Process tomography of dynamical decoupling in a dense optically trapped atomic ensemble
原子系综在量子信息科学中有许多潜在的应用。由于集体增强，在高密度下使用系综增加了量子操作的整体效率，但同时也增加了碰撞率并导致更快的退相干。在这里，我们报告的实验与光学捕获的87 Rb原子演示了20倍的相干时间增加时，应用动态去耦序列与超过200 π脉冲。我们进行量子过程层析成像，并表明，使用去耦方案的光学深度为230的密集系综可以用作原子存储器的相干时间超过3秒。
2010-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus quant-ph
Spin counting via projection noise measurement of mesoscopic solid-state spin ensemble
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；JILA, National Institute of Standards and Technology and the University of Colorado, Boulder（美国科罗拉多大学博尔德分校与美国国家标准与技术研究院联合成立的JILA实验室）
利用高对比度ODMR技术直接测量室温下NV色心介观系综的量子投影噪声，实现自旋计数并提升磁测量灵敏度。
2026-06-15 quant-ph
Coherent backscattering of light from ultracold and optically dense atomic ensembles
本文综述了超冷原子气体在弱定域区近共振辐射相干后向散射的实验和理论研究。讨论了基于相干背散射过程的原子系综高分辨光谱学的最新进展。我们还提出了几个新的实验方案，适用于多次散射的弱本地化制度的时间相关的光谱。
2017-01-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Spontaneous decay of an atom excited in a dense and disordered atomic ensemble: quantum microscopic approach
本文在文献[I. M. Sokolov等人，J. Exp. Theor. 112，246（2011）]，我们分析了在平均原子间间隔小于或相当于准共振辐射波长的条件下冷原子云中单个原子的自发衰变。除了衰变动力学，我们分析了共振的位移以及原子跃迁光谱形状的扭曲。
2016-01-14 physics.atom-ph quant-ph
Electron-electron double resonance detected NMR spectroscopy using ensemble NV centers at 230 GHz and 8.3 Tesla
氮空位（NV）中心使得在低磁场下的纳米级核磁共振（NMR）光谱的广泛研究成为可能。在高磁场下的核磁共振光谱显著提高了该技术的光谱分辨率，从而能够清楚地识别密切相关的化学物质。然而，NV检测的NMR通常使用通过电子自旋回波包络调制（ESEEM）的AC感测来执行，电子自旋回波包络调制是一种在高磁场下不可行的超精细光谱技术。在本文中，我们已经探索了NV检测NMR技术的高场NMR的应用。我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与NV拉莫尔频率为230 GHz，在8.3特斯拉，对应于质子NMR频率为350 MHz。我们还演示了使用NV中心的电子-电子双共振检测NMR（EDNMR）的首次测量，并成功地检测到$^{13}C$核浴自旋。所描述的技术受纵向弛豫时间（$T_1$）限制，而不受横向弛豫时间（$T_2$）限制。该方法在8.3 T和更高磁场下进行外部自旋纳米级NMR的未来应用也进行了讨论。
2021-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Molecular polaritonics in dense mesoscopic disordered ensembles
本文研究了分子极化激元学中真空拉比分裂（VRS）与频率无序、振动、近场效应和密度的关系。在介观极限，静态频率无序已经可以引入一个损失机制，从极化激元状态到暗态水库，我们定量描述，提供了一个分析缩放的VRS与无序的水平。无序还可以将分子系综分裂成供体型和受体型分子，并且电子振动耦合、偶极-偶极相互作用和振动弛豫的组合诱导集体分子状态内的激发的非相干FRET（Förster共振能量转移）迁移。这相当于一个耗散无序，并具有饱和的效果，甚至减少了介观，高密度极限的VRS。总的来说，这种分析可以量化暗态在腔量子电动力学与介观，无序合奏发挥的关键作用。
2021-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Selective collective emission from a dense atomic ensemble coupled to a nanophotonic resonator
本研究实验与理论结合，展示了密集原子系综耦合纳米光子微环谐振器时，通过调节耦合和原子数实现向导波模式的超辐射发射，并在非导波模式中观察到亚辐射与超辐射，首次实现选择性集体发射的原子-光界面。
2025-09-10 physics.atom-ph quant-ph
Hot ion implantation to create dense NV centre ensembles in diamond
针对金刚石离子注入制备NV中心产率低、高注量易损伤晶格的问题，提出高温N₂离子注入方法，提升发光强度且避免高注量石墨化，为高性能量子传感用金刚石薄膜优化提供新路径。
2023-11-09 physics.app-ph quant-ph
Thermalization in one- plus two-body ensembles for dense interacting boson systems
采用玻色子的一加二体随机矩阵系综，计算了在五个单粒子能级（N=5）中，具有10个玻色子（m=10）的系统的温度和熵随二体相互作用强度λ的变化。发现在区域λ \sim λ t中，不同的定义给出了基本相同的温度和熵值，从而定义了一个热化区域。此外，还导出了λ_t的（m，N）依赖性。当能级涨落从Poisson变为GOE，强度函数从Breit-Wigner变为Gaussian时，λ t比λ值大得多。
2012-09-02 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Robust microwave cavity control for NV ensemble manipulation
针对微波腔操控NV系综时外部控制与腔内场不一致的问题，提出基于GRAPE的优化方法，生成鲁棒脉冲并集成到PulsePol序列，使失谐容忍度提升五倍。
2025-03-28 quant-ph
Spatial distribution of optically induced atomic excitation in a dense and cold atomic ensemble
在JETP 112，246（2011）中的一般理论结果的基础上，我们计算了由弱单色光激发的稠密冷原子云中原子的空间分布。我们还研究了原子在云的不同部分的激发态的不同塞曼子能级上的分布。这种分布的原子激发的原子系综的密度和外部发射的频率的依赖关系进行了研究。我们表明，在云的边界区域的原子角动量的取向和对齐发生。原子激发的空间分布的分析表明，即使在这些参数制度的Ioffe-Regel判据的强本地化是满意的光本地化效应没有明显的迹象。然而，在偶极-偶极相互作用的标量近似的框架内进行的比较计算揭示了在某些条件下强局域化的明确表现。
2013-05-07 physics.atom-ph quant-ph
Nanoscale vector AC magnetometry with a single nitrogen-vacancy center in diamond
纳米级交流磁场的检测在从基础物理到材料科学的应用中至关重要。孤立的量子自旋缺陷，如金刚石中的氮空位中心，可以实现所需的空间分辨率与高灵敏度。尽管如此，矢量AC磁力测定法目前依赖于使用具有降级的空间分辨率的传感器集合的不同取向，并且缺乏基于单个NV的协议。在这里，我们提出并实验证明了一个协议，利用一个单一的NV重建矢量分量的AC磁场通过调谐连续驱动不同的谐振条件。我们绘制了金刚石表面铜线产生的交流场的空间分布。所提出的协议结合了高灵敏度，宽动态范围，以及对相干和随机信号的灵敏度，在凝聚态物理中具有广泛的应用，例如探测自旋波动。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Quantum sensing with a spin ensemble in a two-dimensional material
Stanford University（斯坦福大学）；Washington University（华盛顿大学）；Kansas State University（堪萨斯州立大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出利用二维材料中的自旋集体进行量子传感，通过实验框架研究其哈密顿量、相干传感动态和噪声环境，实现了超长相干时间与高灵敏度磁感应。
2026-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal microwave control pulse for nuclear spin polarization and readout in dense nitrogen-vacancy ensembles in diamond
针对金刚石稠密NV系综中窄带微波脉冲核自旋制备效率低的问题，本文优化三类脉冲形状，在1.5 MHz线宽下使目标态布居提升15%。
2022-09-27 physics.optics quant-ph
Wide-band, nanoscale magnetic resonance spectroscopy using quantum relaxation of a single spin in diamond
我们展示了一个宽带全光学方法的纳米磁共振（MR）光谱在环境条件下。我们的方法依赖于探针自旋，金刚石中氮空位中心的电子自旋和目标自旋之间的交叉弛豫，因为这两个系统被调谐到共振。通过在改变所施加的静磁场的振幅的同时光学地监测探针自旋的自旋弛豫时间（$T_1$），获得目标自旋共振的频谱，即$T_1$ -MR谱。作为概念的证明，我们测量了金刚石内探针自旋周围的小的$^{14}$ N杂质系综的$T_1$-MR谱，其中每个杂质包括电子自旋1/2和核自旋1。固有的大带宽的技术和探针性能使我们能够检测电子自旋跃迁-在GHz范围内-和核自旋跃迁-在MHz范围内-的$^{14}$ N自旋目标。测得的频率被发现是在极好的协议与理论预期，并允许我们推断超精细，四极和旋磁常数的目标自旋。在$T_1$ -MR光谱中获得的共振强度的分析表明，电子自旋跃迁探测通过偶极相互作用，而核自旋共振显着增强超精细耦合和电子介导的过程。最后，我们从理论上研究了在没有超精细相互作用的情况下对核自旋进行$T_1$ -MR波谱的可能性，并预测了使用当前技术的单质子灵敏度。这项工作建立了$T_1$ -MR作为一个简单而强大的纳米级MR光谱技术，宽带能力和预测的灵敏度下降到单核自旋水平。
2016-04-01 quant-ph
In-situ measurements of light diffusion in an optically dense atomic ensemble
本研究提出利用碱土金属内部结构研究冷原子厚系综原位光输运的新方法，观测到扩散区并测得关键参数，验证与模型吻合，实现光扩散的时空分辨观测，为探索新扩散机制提供途径。
2024-09-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Imaging the local charge environment of nitrogen-vacancy centers in diamond
表征固态自旋缺陷周围的局部内部环境对于利用它们作为外场的纳米级传感器至关重要。这是特别密切相关的情况下，可以表现出复杂的相互作用，内部场和晶格应变之间的相互作用的缺陷系综。以金刚石中的氮空位（NV）中心为研究对象，证明了在低磁场下，局域电场对NV系综的磁共振行为起主导作用。我们介绍了一个简单的微观模型，定量捕获所观察到的光谱与NV浓度跨越两个数量级的样品。出于这种理解，我们提出并实施了一种新的方法，用于金刚石晶格内的单个电荷的纳米级本地化;我们的方法依赖于这样一个事实，即电荷诱导取决于电场方向的NV暗态。
2018-09-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Construction and operation of a tabletop system for nanoscale magnetometry with single nitrogen-vacancy centers in diamond
金刚石中的单个氮空位中心是固态量子磁强计的主要候选者，该磁强计能够检测单个核自旋，并具有在纳米尺度下的核磁共振（NMR）的应用前景。尽管如此，许多化学家和生物学家仍然不太容易使用NV磁力计，因为它的实验设置和操作原理与传统的NMR完全不同。在这里，我们设计，构建和操作一个紧凑的桌面大小的系统，量子传感与一个单一的NV中心，主要是从商业上可用的光学元件和电子产品。我们表明，我们的设置可以实现国家的最先进的量子传感协议，使检测单个$^{13}$ C核自旋在金刚石和它们的相互作用参数的表征，以及检测一个小的合奏质子核自旋在金刚石表面上。这篇文章提供了广泛的讨论的设置和实验程序的细节，我们的系统将重现那些谁没有在NV中心以前的工作。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale magnetic imaging of a single electron spin under ambient conditions
通过磁共振成像和核磁共振，在环境条件下探测自旋系综已经彻底改变了生物、化学和物理科学。将传感能力推到单个自旋水平将使前所未有的应用成为可能，例如单分子结构成像;然而，来自单个自旋的弱磁场是传统远场共振技术无法检测到的。近年来，已经有相当大的努力来开发纳米级扫描磁力计，其能够通过使传感器靠近其目标来测量更少的自旋。这些磁力计中最敏感的磁力计通常需要低温操作，但在环境条件（标准温度和压力）下进行测量对于许多成像应用至关重要，特别是在生物系统中。在这里，我们展示了检测和纳米尺度成像的磁场从一个单一的电子自旋在环境条件下使用扫描氮空位（NV）磁强计。通过确定性地扫描我们的NV磁力计50纳米以上的目标电子自旋，同时使用动态解耦的磁力测量协议测量本地磁场，获得真实空间，定量磁场图像。这种单自旋检测能力可以实现纳米和原子尺度上电子自旋的单自旋磁共振成像，并为机械量子态转移等独特应用打开大门。
2012-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Temperature selective thermometry with sub-microsecond time resolution using dressed-spin states in diamond
易受各种物理量变化影响的通用纳米级传感器通常表现出有限的选择性。本文报道了一种新的方案，基于微波修饰的自旋态的光探测纳米级温度检测使用金刚石量子传感器，它提供了选择性的灵敏度的温度变化。通过将该方案与使用纳米金刚石中的系综氮空位中心的连续泵浦-探测方案相结合，证明了具有3.7 K $\cdot$ Hz $^{-1/2}$的热灵敏度的亚微秒时间分辨率对2 G量级的外部磁场的变化不敏感。所提出的结果是有利的实际应用中的时间分辨纳米量子传感，温度成像下波动的磁场的要求。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Resonant nonstationary amplification of polychromatic laser pulses and conical emission in an optically dense ensemble of neon metastable atoms
对强、弱场-物质耦合条件下单光束和泵浦-探测光与共振吸收介质的相互作用进行了实验和数值研究。观察到显着的探测光束放大和锥形发射。在较弱的泵浦和较高的介质密度下，当满足场与共振物质的强耦合条件时，探测放大谱具有谱偶线的形式。较强的泵浦导致在跃迁频率处出现探测光放大的单峰。更大的探测强度导致不对称的透射光谱，在吸收线的蓝色翼处放大，在红色翼处衰减。在高、中密度下出现一条宽的扩增带。理论模型基于二能级系统的Maxwell-Bloch方程的解。不同类型的探测透射谱的获得归因于复杂的动力学的相干介质响应的宽带多色辐射的多模染料激光器。
2003-10-02 physics.optics quant-ph
Nanoscale magnetometry via collective many-body dynamics in diamond
Harvard University（哈佛大学）；Harvard Quantum Initiative（哈佛量子倡议）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）
该研究利用金刚石中约10^4个NV中心的集体多体动力学，实现了计量增益达7.9(2) dB的磁信号检测与8.8(3) dB的磁噪声传感，开发出可检测低至50纳米空间关联磁噪声的动量空间分辨传感模式，为相关量子传感器应用开辟了道路。
2026-09-04 cond-mat.dis-nn quant-ph
A many-body singlet prepared by a central spin qubit
提出利用中心自旋量子比特将两个稠密自旋系综初始化为反极化态并制备多体纠缠单态的协议，验证了在现实退相干下多种材料平台的可行性，为稠密自旋系综的纠缠工程提供算法方法。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantitative absorption imaging of optically dense effective two-level systems
吸收成像是一种普遍采用的方法，以获得高的时间分辨率，空间信息的部分透明的对象。它依赖于探测光束和物体的相干响应之间的干涉。在低饱和状态下，它是很好地描述了一个比尔朗伯衰减。本文从理论上推导了二能级系综对$σ$偏振激光探针的吸收。实验表明，相对于单粒子响应，稠密$^{87}$ Rb冷原子系综的吸收截面减小了一个与介质光密度b成正比的因子.为了解释这种减少，我们开发了一个模型，该模型在单粒子响应中包含周围系综发射的非相干电磁背景。我们表明，它定性地再现了实验结果。我们的校准因子对$σ$偏振光的光密度$b$具有普遍的依赖性：$α$ = 1.17（9）+ 0.255（2）b允许获得致密量子系统的定量和绝对的原位图像。
2021-10-24 physics.atom-ph quant-ph
Extending the Tavis-Cummings model for molecular ensembles -- Exploring the effects of dipole self energies and static dipole moments
本文扩展了分子系综的 Tavis-Cummings 模型，证明静态偶极矩和偶极自能对极化子化学中光-物质相互作用的准确描述至关重要，并构建了可模拟更大分子系综的高效两能级系统方法。
2024-07-16 physics.chem-ph quant-ph
Dressed dense atomic gases
在稠密的原子气体中，跃迁偶极子与光子的相互作用导致了具有集体耗散和长程力的多体态的形成。尽管有几十年的研究，对这个典型的多体问题的全面理解仍然缺乏。在这里，我们提出并探讨了一个方案，其中一个稠密的原子气体被弱激发的非共振激光场。我们发展了描述这种着装多体合奏的理论，并表明集体激发是多体相互作用出现的原因，即不能表示为二元项之和的有效势。我们说明了如何相互作用的影响可能会通过微波光谱探测通过分析随时间变化的线位移，并表明，这些信号是敏感的修整激光的相位图案。我们的研究提供了一个新的视角与光相互作用的密集原子系综，并促进这个平台作为丰富的非平衡多体物理学的探索设置。
2019-02-08 physics.atom-ph quant-ph
Near-resonant light transmission in two-dimensional dense cold atomic media with short-range positional correlations
光在无序介质中的传播是光学和光子学中的一个基本而重要的问题。特别是，无序冷原子系综中的工程光-物质相互作用是现代量子和原子光学的中心课题之一。稠密原子气体在光激发下的集体响应对量子传感器、原子钟和量子信息存储等量子技术有着重要的影响。在这里，我们分析了具有短程位置相关性的二维致密超冷原子系综中的近共振光传输。基于不同原子数密度和关联长度下的耦合偶极模拟，我们发现这些位置关联强烈影响集体效应，表现为传输共振线的显著移动和加宽或变窄。结果表明，平均场论如洛伦兹-洛伦兹关系不能描述这种集体效应。我们进一步研究了本征态的统计分布，这是显着的偶极-偶极相互作用和位置关联之间的相互作用的影响。这一工作对冷原子系综中的集体效应和合作效应以及强散射无序介质中光输运的介观物理研究具有重要意义。
2019-11-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas physics.optics
Nanoscale covariance magnetometry with diamond quantum sensors
金刚石中的氮空位（NV）中心是具有长自旋相干时间的原子级缺陷，可用于以高灵敏度和空间分辨率感测磁场。通常，通过对具有单个NV中心的许多连续测量进行平均来测量单个点处的磁场投影，或者通过对许多NV中心的集合进行空间平均来重构磁场分布。在对许多单NV中心实验求平均值时，两种技术都丢弃了信息。在这里，我们提出并实现了一种新的传感方式，即两个或更多的NV中心同时测量，我们提取的时间和空间的相关性，否则将无法访问的信号。我们解析地推导出存在环境噪声、量子投影噪声和读出噪声时的可测量两点相关器。我们表明，优化读出噪声是至关重要的测量相关性，我们实验证明测量相关的应用噪声使用两个NV中心的自旋-电荷读出。我们还实现了一个频谱重建协议，以解开本地和非本地噪声源，并证明了独立控制的两个NV中心可以用来测量的时间结构的相关性。我们的协方差磁测量方案在研究时空结构因子和动力学方面有许多应用，并开辟了纳米传感的新前沿。
2022-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hybrid nanodiamond-YIG systems for efficient quantum information processing and nanoscale sensing
金刚石中的氮空位（NV）中心具有显著的量子相干性，是室温量子计算和量子传感的理想候选者，近年来得到了广泛的研究。然而，这些方案依赖于自旋-自旋偶极相互作用，这需要NV中心彼此在几纳米内，同时仍然可以单独寻址，或者靠近金刚石表面，在那里它们的相干性显著降低。在这里，我们展示了一种方法，用于克服这些限制，使用混合钇铁石榴石（YIG）-纳米金刚石量子系统的帮助下，直接组装和转印技术构建。我们表明，YIG自旋波可以放大微波源的振荡场超过两个数量级，并有效地介导其与NV中心系综的相干相互作用。这些结果表明，铁磁体中的自旋波可以用作增强的远程量子比特相互作用的量子总线，为混合量子网络和传感设备中固态缺陷的超高效操纵和耦合铺平了道路。
2017-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanoscale engineering and dynamical stabilization of mesoscopic spin textures
本文提出利用热化过程在金刚石核自旋系综中动态生成并稳定纳米尺度壳层状自旋纹理，通过电子自旋注入和Floquet预热化实现长时间稳定与串行读出，为量子模拟和纳米成像提供新途径。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Disordered ensembles of strongly coupled single-molecule plasmonic picocavities as nonlinear optical metamaterials
我们建议使用分子picocavity合奏宏观相干非线性光学器件，使纳米级强耦合。对于一个通用的picocavity模型，包括分子和光子的无序，我们推导出理论上的性能界限相干交叉相位调制信号使用弱经典场的不同频率。我们表明，强耦合的picocavity { \it vacua}与特定的振动边带中的分子发射光谱的结果在一个显着的变化的超材料的有效折射率相对于一个无分子的情况下，由于真空诱导的Autler-Townes效应。对于一个现实的分子无序模型，我们证明了交叉相位调制的光场弱至10千瓦/厘米$^2$是可行的，在室温下使用分子picocavities的稀系综，提供了有限的真空是不共振驱动的外部探测场}。我们的工作为利用强耦合进行光态制备和量子控制的等离子体超材料的发展铺平了道路。
2022-02-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Exploiting the local polarization of strongly confined light for sub-micron-resolution internal state preparation and manipulation of cold atoms
强限制光场必然表现出在亚波长尺度上变化的局部偏振。我们证明，这种单一的光学模式可以用来选择性地和同时操纵原子系综，这些原子系综彼此之间的距离小于一微米，并且与光场均匀耦合。该技术是实现与一个光学反射镜，它提供了一个强引导的光学模式和两个直径的铯原子的线性阵列之间的倏逝场接口。利用这一单一的光学模式，两个原子系综可以同时被光学泵浦到相反的塞曼态。此外，状态相关的光位移可以局部不同，从而使两个系综的独立相干操纵。我们的研究结果开辟了在纳米量子光学系统中对原子样品进行高级操作的途径。
2014-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Dense dipole-dipole-coupled two-level systems in a thermal bath
本文研究热浴中稠密二能级发射体系综的量子动力学，证明在弱热浴和较强偶极-偶极耦合条件下自发散射光场具有量子性质，并揭示集体光子强度受热浴强度调制。
2024-05-02 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus quant-ph
Probing dynamics of a two-dimensional dipolar spin ensemble using single qubit sensor
该研究以近表面NV中心为纳米磁传感器，探测金刚石表面二维偶极自旋系综的单自旋动力学，发现弛豫速率异常缓慢源于强动力学无序，并用共振自旋锁定调控揭示其不同区间的作用，为量子热化微观研究铺路。
2023-07-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Roadmap on Nanoscale Magnetic Resonance Imaging
本文综述了纳米尺度磁共振成像（NanoMRI）三十年的发展路线图，梳理多种技术路线的现状、应用前景与挑战，并展望其对量子科技突破的推动作用。
2023-12-14 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.ins-det
