Controlling single-photon scattering in a rectangular waveguide by a V-type three-level emitter
本文研究了矩形波导中V型三能级辐射体对单模区以外大范围入射光子的散射。利用Lippmann-Schwinger形式，解析地导出了完全透射和完全反射的充要条件。在单模区，通过调节发射极的参数，可以实现电磁感应透明（EIT）引起的完全透射和Fano共振引起的完全反射。但在多模区，除了输入态是相干叠加态外，没有理想反射，光子不可避免地会进入其他传播模式，这是由于发射体介导的波导模式间的间接相互作用。由有限截面引起的光子输运的其他显著特征包括反射共振的蓝移和截止频率效应。
2019-08-16 physics.optics quant-ph
Controlling emitter-field coupling in waveguides with a nanomechanical phase shifter
本文提出利用纳米光电机械移相器和光子晶体镜，实现量子点与波导光学模式的可控耦合，通过诱导镜面虚拟位移改变局部态密度，实现无腔条件下的自发辐射宽带调谐，为优化量子点发射体-场相互作用提供新方法。
2025-03-02 physics.optics quant-ph
Strongly correlated photon transport in waveguide QED with weakly coupled emitters
我们表明，强相关的光子输运可以观察到在波导中含有光学密集的合奏发射器。值得注意的是，这甚至发生在弱耦合效率。具体地说，我们计算了光子通过一个手性耦合系统的$N$两能级系统的弱相干场驱动下，其中每个发射器也可以散射光子的波导。光子相关性是由于非线性和耦合到损耗库的相互作用而产生的，这在透射光子之间产生了强有效的相互作用。高度相关的光子态比不相关的光子更不易受损失的影响，并且具有与$N$的幂律衰减。这是描述使用一个简单的通用渐近解由一个单一的尺度参数，描述光子聚束和功率传输。我们数值计算表明，随机放置的发射器，这些结果举行，即使在系统中没有手征。这种效应可以在现有的锥形光纤中观察到。
2018-09-17 physics.optics quant-ph
Small slot waveguide rings for on-chip quantum optical circuits
单发射器和光之间的纳米光子界面有望实现新的量子光学技术。在这里，我们使用有限元模拟和解析量子理论相结合的研究各种量子发射器与槽波导环的相互作用。我们预测，对于半径小到1.44 $μ$ m（Q = 27，900）的环，可以实现近1的发射极-波导耦合效率和1300量级的发射增强。通过调整环的几何形状或引入损失，我们表明，现实的发射极环系统可以是弱耦合或强耦合，使我们可以观察到拉比振荡的衰变动力学，即使是微米大小的环。此外，我们证明了槽波导环可以用于定向耦合发射，再次与近单位效率。我们的研究结果铺平了道路，集成固态量子线路涉及各种发射器。
2016-10-11 physics.optics quant-ph
Coherent Remote Control of Quantum Emitters Embedded in Polymer Waveguides
我们报告的相干内部状态控制的单晶纳米金刚石，平均包含1200个氮空位（NV）中心，嵌入在三维直接激光写入波导。我们激发NV中心通过波导传播的光，我们表明，发射的荧光可以有效地耦合到波导模式。我们发现到所有导模的平均耦合效率为21.6%。此外，我们调查光学检测的磁共振光谱以及拉比振荡记录通过波导耦合信号。我们的工作表明，该系统非常适合于在可自由配置的波导网络中的磁力测量和自旋相干性的远程读出，克服了对纳米金刚石中NV中心的直接光学访问的需要。这些波导集成传感器可能会开辟新的应用，如确定不透明或散射介质或光敏样品（如生物组织）内的磁场分布。
2019-08-15 physics.optics quant-ph
Near-unity coupling efficiency of a quantum emitter to a photonic-crystal waveguide
量子发射器有效地耦合到纳米光子波导构成了一个有前途的系统，用于实现单光子晶体管，量子逻辑门的基础上巨大的单光子非线性，和高比特率确定性单光子源。这种器件的关键品质因数是$β$因子，它是发射的单个光子被引导到期望的波导模式中的概率。我们报道了耦合到光子晶体波导上的量子点的$β= 98.43 \pm 0.04\%$的实验结果，对应于$η= 62.7 \pm 1.5$的单发射极协同效应。这构成了一个近乎理想的光子-物质界面，其中量子点有效地充当1D“人造”原子，因为它几乎只与单个传播光学模式相互作用。发现$β$因子对量子点的位置和发射波长的变化具有显著的鲁棒性。我们的工作证明了光子晶体波导在高效单光子产生和片上光子-光子相互作用方面的非凡潜力。
2014-09-26 physics.optics quant-ph
Measurement of deep-subwavelength emitter separation in a waveguide-QED system
在波导量子电动力学（QED）系统中，发射极分离对系统的功能起着重要的作用。在这里，我们提出了一种方法来测量深亚波长发射极分离的波导QED系统。在这种方法中，我们还可以确定一个衍射极限光斑内的发射器的数量。此外，我们还表明，超小的发射极分离的变化，可以检测到在这个系统中，然后可以用作波导QED为基础的传感器来测量微小的局部温度/应变变化。
2017-07-16 quant-ph
Multi-level quantum emitter in an optical waveguide: paradoxes and resolutions
研究多级量子发射体与光学波导的相互作用，揭示光子流方向矛盾现象及量子系统反射透射特性。
2026-01-14 physics.optics quant-ph
Waveguide quantum electrodynamics: collective radiance and photon-photon correlations
本文介绍了波导量子电动力学（WQED）的新兴领域有关的相互作用的光子在波导中传播的局域量子发射器。与独立发射体的情况相比，集体发射体-光子相互作用可以导致增强和抑制的耦合。在这里，我们专注于引导光子和有序阵列，导致超辐射态和亚辐射态，束缚光子态和量子关联与有前途的量子信息应用。我们强调了最近用不同的量子平台进行的突破性实验，包括冷原子，超导量子位，半导体量子点，量子固态缺陷，我们提供了一个全面的理论技术介绍，以研究这些发射体和波导中光子的相互作用和动力学。
2022-10-05 physics.optics quant-ph
Erbium emitters in commercially fabricated nanophotonic silicon waveguides
本研究展示了铒发射体可可靠集成于商业制备的低损耗硅波导，实现窄线宽与磁场下自旋分裂，为CMOS工艺制造长寿命量子存储器奠定基础。
2023-07-26 physics.optics quant-ph
Integration of hBN quantum emitters in monolithically fabricated waveguides
面元氮化硼（hBN）在集成量子纳米光子学中的潜在应用越来越引起人们的兴趣。然而，为了将hBN建立为集成光子平台，必须建立几个基石，包括量子发射器与光子波导的集成和耦合。在模拟的支持下，我们研究了单片集成的方法，预计其耦合效率比传统的混合堆叠策略高4倍。然后，我们展示了这样的设备从hBN的制造和展示hBN单光子发射器与单片波导的成功集成。我们演示了从量子发射器到波导模式的单光子耦合和片上检测。我们的研究结果建立了一个整体集成hBN单光子发射器的一般框架，并将促进未来的芯片上集成量子光子学与hBN。
2021-07-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Theory of waveguide-QED with moving emitters
从理论上研究了单激发子空间中由波导和运动的量子发射体组成的系统，对发射体的运动自由度进行了量子力学处理。我们首先描述了单光子散射离开一个单一的移动量子发射体，显示出非互易传输和反冲引起的量子发射体运动能量的减少。然后，我们描述了带隙内的束缚态，这显示了在真实空间中的运动诱导的非对称相位。我们还演示了如何形成一个连续的带与奇异的色散关系，这些束缚态。最后，我们研究了具有各种初始动量分布的初始激发的量子发射体的自发发射，发现相对于静态发射体对应物在占据动力学和发射光子的空间分布中的强烈偏差。我们的工作扩展了波导QED工具箱，包括发射体的量子运动自由度，其在少光子动力学中的影响可以用于量子技术。
2020-07-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Enhancement of the indistinguishability of single photon emitters coupled to photonic waveguides
实现大规模量子光子学的主要步骤之一是将单光子源（SPS）与光子集成电路（PIC）集成在一起。为此目的，PIC应提供有效的光耦合和光子不可吸收性的高度保持。因此，通过波导设计来优化不可逆性是特别相关的。在这项工作中，我们已经开发了一个分析模型来计算的耦合和不可逆性的一个理想的点源量子发射器耦合到光子波导取决于源的方向和位置。该模型已通过时域有限差分（FDTD）模拟显示一致的结果进行了数值评估。当发射器嵌入波导的中心时实现最大耦合，但有些令人惊讶的是，当发射器放置在波导的边缘时，最大不稳定性出现，在该边缘处，由于表面不连续性，电场更强。
2021-03-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Strong Dipole-Dipole Interactions via Enhanced Light-Matter Coupling in Composite Nanofiber Waveguides
本文利用并矢 Green 函数分析双纳米光纤复合波导，证明其可增强发射体耦合、Purcell 效应及偶极介导纠缠。
2024-05-10 physics.optics quant-ph
Silicon nitride waveguides with intrinsic single-photon emitters for integrated quantum photonics
最近在氮化硅（SiN）中发现的室温本征单光子发射体为量子光源与成熟的SiN光子平台的无缝单片集成提供了独特的机会。在这项工作中，我们开发了一种新的方法来实现平面波导的低自发荧光SiN与本征量子发射器，并证明了单光子发射耦合到波导模式。从这些发射器所观察到的发射耦合被认为是符合数值模拟。单光子发射到波导模式的耦合通过光栅耦合器耦合出光子芯片的光的二阶自相关测量来确认。拟合二阶自相关直方图产生$g^{(2)}(0)=0.35\pm0.12$，无需光谱滤波或背景校正，输出耦合光子速率为每秒$10^4$计数。这证明了光子从SiN中的本征单光子发射器到由相同材料制成的单片集成波导的首次成功耦合。我们的工作成果为实现可扩展的，技术就绪的量子光子集成电路与固态量子发射器有效地接口铺平了道路。
2022-05-17 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Dynamical theory of single photon transport in a one-dimensional waveguide coupled to identical and non-identical emitters
我们发展了一个一般的动力学理论，用于研究单光子在一维（1D）波导耦合到多个发射器，可以是相同的或不相同的传输。该理论同时考虑了波导真空模和非波导真空模的影响。这个理论使我们能够研究发射器激发或任意单光子脉冲沿耦合到一维波导的发射器阵列的传播。当发射极间距远小于谐振波长时，非波导模式引起的偶极-偶极相互作用可以显著改变发射极系统的动力学特性，从而改变输出场的特性，而这一点在文献中通常被忽略。如果不同的发射体的能量差小于偶极-偶极能量位移或具有偶极-偶极能量位移的量级，则它们也可以彼此强耦合。有趣的是，如果它们的能量差接近但不为零，则可以出现谐振频率周围的非常窄的透明窗口，这对于相同的发射器不会发生。这一现象在量子波导器件如光开关、超窄单光子频率梳发生器等方面有着重要的应用。
2016-09-10 quant-ph
Transparency in a periodic chain of quantum emitters strongly coupled to a waveguide
我们证明了透明行为的出现在一个链的周期性间隔不同的量子发射器耦合到波导，在特殊情况下，当原子间的间隔是谐振波长的半整数倍，即$kL$是$π$的整数倍，与$k$是空间频率和$L$的空间周期性。当偶数个原子的系统成对地受到相等但相反的频率失谐时，完全透射增强。当链的大小是奇数时，类似的分配导致集体效应的消失，因为奇数原子决定了光谱行为。我们还表现出这些功能对耗散效应的鲁棒性，并显示，光谱行为如何显着取决于原子之间的相对失谐相比，衰变率。与电磁诱导透明（EIT）现象的关键区别在于，在波导情况下，原子之间的固有波导介导的相位耦合的存在强烈影响输运性质。此外，虽然在单光子输运的互易性一般不举行由于相位耦合，我们观察到一个有趣的例外$kL = nπ$在波导演示互易行为方面的传输和反射系数。
2020-01-07 physics.optics quant-ph
Resonant Energy Transfer and Collectively Driven Emitters in Waveguide QED
本研究在波导量子电动力学中直接观测到两个远距离发射体间的共振能量转移，并演示了集体驱动方案以选择性填充亚辐射态，从而抑制发射，为多发射体系统的量子纠缠生成和鲁棒光子态制备提供了新途径。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Independent operation of two waveguide-integrated quantum emitters
本文在光子集成电路中通过隔离p-i-n结电调谐两个量子点至相同波长并利用双模波导共振激发，实现了多空间模式片上单光子产生及(79±2)%的双光子干涉可见度，为扩展确定性单光子源提供了关键使能方案。
2023-07-04 physics.optics quant-ph
Dynamical phases and quantum correlations in an emitter-waveguide system with feedback
我们利用极小模型研究了在发射极-波导系统中利用反馈产生和控制突现集体行为和量子关联。采用零差检测从激光驱动的发射器系综发射到波导的模式中的光子允许产生复杂的动态相位。特别是，我们展示了时间晶体相的出现，其转变由反馈强度控制。反馈还可以控制多体量子关联，这在发射体系综的自旋压缩中变得明显。发展涨落算符动力学的理论，我们讨论了反馈强度如何控制压缩，并研究了它的时间动力学和对系统大小的依赖。很大程度上的分析结果允许量化的自旋压缩和波动的限制，大量的发射器，揭示了临界缩放的压缩接近过渡到时间晶体。我们的研究证实了集成发射器波导系统的潜力-具有高度可控的光子发射通道-用于探索集体量子现象和产生资源，如压缩态，用于量子增强计量学。
2021-02-04 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Electromagnetically induced transparency in many-emitter waveguide quantum electrodynamics: linear versus nonlinear waveguide dispersions
研究多发射体波导量子电动力学中单光子诱导的电磁感应透明，发现非线性色散在单发射体中产生侧峰并演变为平台，在多发射体中形成窄带隙能带结构，可应用于远距离量子网络。
2023-07-11 quant-ph
Photon-emitter dressed states in a closed waveguide
我们研究了由一个或两个二能级量子发射体组成的系统，耦合到封闭波导的单个横模，其中光子波数和频率被离散化，并表征了场和发射体之间稳定共享一个激发的稳定状态。我们发现了场发射相互作用中的有限尺寸效应，并确定了一个家庭的修饰状态，这代表了在无限波导的限制连续的束缚态的先驱。最后，我们考虑了这种状态在量子信息领域的应用的潜在利益。
2021-03-19 quant-ph
Quantum memory and gates using a Lambda-type quantum emitter coupled to a chiral waveguide
通过将$Λ$型量子发射器耦合到手征波导中，光子的偏振被锁定在其传播方向上，我们提出了一种用于量子网络的可控光子-发射器界面。我们表明，这种手征系统使SWAP门和混合纠缠门之间的发射器和一个飞行的单光子。它还允许确定性的存储和检索单光子状态具有高性能和效率。简而言之，这种手性耦合的发射体-光子界面可以成为大规模量子网络的关键构建块。
2018-06-12 quant-ph
Resonance fluorescence from waveguide-coupled strain-localized two-dimensional quantum emitters
单光子发射器的有效片上集成是光子集成电路在量子技术中应用的主要瓶颈。共振激发的固态发射器正在成为接近最佳的量子光源，如果不是因为当前设备缺乏可扩展性的话。目前的集成方法依赖于光子集成电路中成本低的单个发射器放置，使得应用不可能。一个有前途的可扩展平台是基于二维（2D）半导体。然而，波导耦合的2D发射器的共振激发和单光子发射已被证明是难以捉摸的。在这里，我们展示了一种可扩展的方法，使用氮化硅光子波导，同时应变本地化的单光子发射器从二硒化钨（WSe2）单层，并将它们耦合到波导模式。我们证明了在光子电路中的单光子的指导，通过测量二阶自相关的g $^{(2)}(0)=0.150\pm0.093$和执行片上共振激发产生一个g $^{(2)}(0)=0.377\pm0.081$。我们的结果是一个重要的一步，使相干控制的量子态和高质量的单光子复用在一个可扩展的光子量子线路。
2020-05-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Localized vibrational modes in waveguide quantum optomechanics with spontaneously broken PT symmetry
我们从理论上研究了两个振动的量子发射体被困在一维波导附近并与传播的光子相互作用。我们证明，在政权的强光机相互作用的光致耦合的发射器振动可以导致形成的空间局域化的振动模式，表现出宇称-时间（PT）对称性破缺。这些局域振动可以解释为准经典能谱中的拓扑缺陷。
2021-06-29 physics.optics quant-ph
Directional and correlated optical emission from a waveguide-engineered molecule with local control
Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所混合量子网络中心）；Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) and Christian Doppler Laboratory for Photonic Quantum Computer, University of Vienna（维也纳大学维也纳量子科学与技术中心及光子量子计算机克里斯蒂安·多普勒实验室）；Experimental Physics VI, Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学物理与天文学系实验物理学第六研究室）
研究通过波导工程分子实现定向发射，利用量子点的双方向光子晶体波导进行独立电调制，展示方向性切换和光子统计特性，为手性量子光学提供新方法。
2026-04-07 physics.optics quant-ph
Multiphoton pulses interacting with multiple emitters in a one-dimensional waveguide
本文推导了波导-量子电动力学系统中多光子脉冲与多个辐射源相互作用的广义主方程，其中辐射源频率可以调制，非导模的影响也可以考虑。基于这一理论，我们可以计算在入射光子脉冲驱动下相互作用的辐射体阵列的实时动力学，这些辐射体可以是真空态、相干态、Fock态或它们的叠加态。此外，我们还推导出了广义输入输出关系，计算了该系统的反射率和透射率。我们还可以计算输出光子脉冲形状。我们的理论可以在波导量子系统的研究中找到重要的应用。
2020-11-05 quant-ph
Correlations in emitters coupled to plasmonic waveguides
我们报告的量子，经典，和总的相关性在一组遥远的量子发射器耦合通过它们的相互作用与等离子体激元模式的一维波导驱动的外部激光场。发射体与等离子体模式的耦合及其对集体衰变率的影响表明，纠缠在量子比特动力学中并不起重要作用。相反，不和谐是重要的数量，应该作为一种资源加以利用。
2013-12-23 quant-ph
Super-Heisenberg Non-Equilibrium Quantum Sensing with Waveguide-Coupled Emitters
Palacký University（帕拉茨基大学）；Shanghai Institute for Advanced Studies, University of Science and Technology of China（上海高等研究院，中国科学院大学）
利用波导耦合发射体阵列作为非平衡探针，通过优化发射体间距抑制超辐射衰变，实现量子Fisher信息超越海森堡极限，并延长其寿命。
2026-06-11 quant-ph
Subradiant Dimer Excitations of Emitter Chains Coupled to a 1D Waveguide
这封信表明，链的光学或微波发射器耦合到一个一维波导支持subradiant状态与密切对激发发射器，它有更长的寿命甚至比最subradiant状态只有一个单一的激发。在无限长链的极限下，得到了无辐射激发二聚体态的精确解析表达式。要了解这些国家的机制，我们提出了一个正式的等效subradiant二聚体和单一的本地化激发链缺陷（未占用的网站）周围。我们的分析映射允许扩展到耦合到3D自由空间真空场的发射极链。
2019-11-11 quant-ph
A Tunable Waveguide-Coupled Cavity Design for Efficient Spin-Photon Interfaces in Photonic Integrated Circuits
耦合到光子晶体腔的固态发射器表现出增加的进入单频模式的光子发射。然而，耦合到量子发射器的光子晶体腔的当前设计具有三个主要问题：发射器被放置在表面附近，这会降低它们的光学性质，腔荧光不能被收集到单个有用模式中以用于进一步路由，以及制造后调谐当前不可能以稳定和可逆的方式单独用于每个节点。在本文中，我们介绍了一种混合腔的设计与最小的主机材料，保持发射器$\geq100\,$ nm的所有表面制造。该腔具有大于$1\times10^6$的无载品质因数（$Q$）和$5.5\times10^4$的有载$Q$，其中超过75%的发射直接耦合到由提供低损耗波导的方便材料构建的下层光子集成电路中。最后，这种设计可以被主动地和可逆地调谐到与发射器谐振，允许在腔线宽的10倍以上调谐，同时保持$Q$因子的$\geq50$ %，而对同一芯片上的其他腔没有影响。
2016-10-27 physics.optics quant-ph
Photon scattering by a three-level emitter in a one-dimensional waveguide
讨论了一维波导中三能级发射体对光子的散射，其中光子的输运受自发发射波和直接透射波的干涉控制。对于不同层次的结构，散射问题以封闭形式求解。几种可能的应用进行了讨论：发射器的状态可以确定性地切换拉曼散射，从而使应用在量子计算，如单光子晶体管。发射器阵列产生光子带隙结构，其可以由经典驱动激光器调谐。无序排列导致光子的安德森局域化，其中局域化长度可以再次由外部驱动控制。
2010-01-06 quant-ph
Purcell factor for point-like dipolar emitter coupling to 2D-plasmonic waveguides
我们从理论上研究了位于任意形状的二维等离子体波导附近的点状偶极发射体的自发发射。我们调用一个明确的链接与波导的模式密度描述的电磁通道，发射器可以耦合。我们得到一个封闭的形式表达的耦合传播等离子体激元，因此扩展的Purcell因子等离子体配置。详细讨论了辐射和非辐射对自发发射的贡献。
2011-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-emitter oscillating bound states in Waveguide QED
Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所（INMA），西班牙科学研究中心-萨拉戈萨大学）；Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学凝聚态物理系）；Instituto de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理科学学院）
本研究通过波导量子电动力学平台，揭示了多发射体振荡束缚态的形成机制及其在非局部平衡态中的动态行为。
2026-02-17 quant-ph
Emergent Oscillating bound states in a semi-infinite linear waveguide with a point-like $Λ$-type quantum emitter driven by a classical field
本研究在半无限波导中耦合点状$\Lambda$型量子发射器，由经典场驱动，实现了振荡束缚态，打破了其仅存在于巨原子的限制。
2024-05-28 quant-ph
Quasi-degenerate resonant eigenstate doublets of two quantum emitters in a closed waveguide
本文研究闭合波导中两个量子发射体的准简并共振本征态双峰，发现特定距离比下可共存，为量子技术提供二能级系统操控工具。
2025-09-10 quant-ph
Coherent nonlinear optics of quantum emitters in nanophotonic waveguides
相干量子光学，其中光子与发射体的相互作用不会扰乱相位相干性，是许多量子光学效应和新兴技术的核心。耦合到纳米光子波导的固态发射器是量子器件的有前途的平台，因为这种组合是可扩展的。然而，由于发射器的固态环境的动态特性，在这些系统中达到完全相干是具有挑战性的。在这里，我们回顾了与纳米光子波导耦合的固态量子发射器的相干光-物质相互作用的进展。我们首先为准一维系统中的二能级系统的相干和非线性光-物质相互作用奠定了理论基础，然后对实验实现进行了基准测试。然后，我们讨论了高阶非线性，由于增加了不同频率的光子，更复杂的能级计划的发射器，并通过共享的光子模式的多个发射器的耦合。在整个过程中，我们强调了基于这些连贯的相互作用的应用程序和新效果的协议，实现它们所采取的步骤，以及仍然需要克服的挑战。
2019-12-17 quant-ph
Bound states and the collective dynamics of Distant Quantum Emitters coupled to a chiral waveguide
本文研究了两个手性耦合到1D波导的远距离两能级量子发射器的集体动力学，发现其自发辐射可被增强、抑制或完全抑制，并揭示了完全抑制机制源于QE-光子束缚态的存在。
2025-09-14 quant-ph
Stabilization of dark states in emitter arrays coupled to a half-waveguide
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of South Florida（南佛罗里达大学）
该研究针对耦合半波导的发射体阵列，通过对各发射体施加最优频移稳定暗态，可在超导量子比特平台实现，为量子信息存储等开辟新途径。
2026-09-04 quant-ph
Coherent response of inhomogeneously broadened and spatially localized emitter ensembles in waveguide QED
本文研究波导中非均匀展宽且空间局域的发射体系综，提出近似分析方法，展示集体共振可克服非均匀展宽实现高消光，并论证稀土离子系综可实现强耦合，拓展了WQED至固态相干系综。
2024-02-11 quant-ph
Self-Ordering of Individual Photons in Waveguide QED and Rydberg-Atom Arrays
光与单个可饱和量子发射体之间的散射可以引起单个光量子之间的强光学非线性和相关性。通常，这导致有效吸引，可以产生光子的奇异束缚态，其形成光孤子的量子力学前体，如在许多光学介质中所发现的。在这里，我们研究了光通过光波导的传播是手性耦合到三能级量子发射器。我们表明，额外的激光耦合到第三发射态不仅允许控制的束缚态的属性，但甚至可以完全消除它。这使得有可能将原本聚焦的非线性转变为排斥的光子-光子相互作用。我们证明了这种新兴的光子-光子排斥通过分析多个光子在大型发射器阵列的量子动力学，并揭示了一个动态的碎片入射不相关的光场和自序成常规列车的单光子。这些引人注目的效应将波导量子电动力学的丰富物理扩展到排斥光子的领域，并建立了一个概念上简单的平台来探索量子水平上的光学自组织现象。我们讨论了这种设置在冷原子实验中的实现，并提出了一种新的方法基于阵列的介观里德伯原子系综。
2022-02-23 physics.optics quant-ph
Non-Markovian delay-assisted sensing with waveguide-coupled quantum emitters
Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀雅特光学学院）；Quantum, Photonics, and Computing Group, RTX BBN Technologies（RTX BBN科技公司量子、光子和计算组）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）；Department of Physics, The University of Arizona（亚利桑那大学物理系）
研究揭示波导耦合量子发射体在长距离分离和外部场作用下，非马尔可夫延迟反馈可增强量子 Fisher 信息用于检测场梯度，通过形成原子-光子准束缚态延长场与发射体的相互作用时间，提升分布式量子传感能力。
2026-05-06 quant-ph
Direct observation of non-linear optical phase shift induced by a single quantum emitter in a waveguide
该研究直接观测到波导中单个量子点与弱相干态作用产生的非线性光学相移，实现单光子级灵敏相移，为高效光开关及量子机器学习提供新途径。
2023-05-11 physics.optics quant-ph
Deterministic Photon Sorting in Waveguide QED Systems
根据量子场在Fock空间的量子数将其分为不同的模式是一种非常理想的量子操作。在这封信中，我们表明，一对两级发射器，手性耦合到波导，可以散射单光子和双光子输入脉冲的分量成正交的时间模式与保真度$\gtrsim 0.9997$。我们开发了一个通用的理论来表征和优化这个过程，并观察到一个有趣的动力学在双光子散射制度：而第一个发射器产生一个复杂的多模场，第二个发射器重组的场振幅和净双光子散射诱导的脉冲模式的自时间反转。所提出的方案可用于构造用于传播光子的逻辑元件，例如具有保真度$\gtrsim 0.9995$的确定性非线性符号门
2022-02-14 physics.optics quant-ph
Collective photon routing improvement in a dissipative quantum emitter chain strongly coupled to a chiral waveguide QED ladder
本文研究了单光子在一维周期链中的路由方案，链中的两个量子发射体（QE）与两个波导呈梯形强耦合。已知的是，对于单发射器手性波导阶梯设置，如果满足谐振条件并且完全忽略自发发射，则光子可以以$100\%$概率（确定性地）从一个波导重定向到另一个波导。然而，当包括自发发射时，路由方案变得相当不完善。在本文中，我们提出了一个解决这个问题的方法，通过考虑一个链的QE，其中除了波导介导的相互作用之间的发射器，一个直接的和无限长范围的偶极-偶极相互作用（DDI）被考虑在内。我们发现，从强DDI所产生的集体效应保护路由方案从自发发射损失。特别是，我们证明了路由器操作可以改善从$58\%$到$95\%$在一个典型的耗散手性光-物质界面组成的纳米线模式强烈相互作用的线性链的30个量子点。随着近年来手征量子光学实验的进展，量子阱与锥形纳米纤维的倏逝耦合可以作为实验实现这项工作的平台。
2020-06-20 quant-ph
Pronounced non-Markovian features in multiply-excited, multiple-emitter waveguide-QED: Retardation-induced anomalous population trappin
由于真空场振幅的弱频率依赖性，马尔可夫近似被广泛应用于量子光学领域，因此非马尔可夫效应通常被认为在光学电子-光子相互作用中起次要作用。在这里，我们给出了一个例子，其中非马尔可夫性改变了量子光学系统的定性行为，使得马尔可夫近似在定量和定性上都不充分。也就是说，我们研究了一个多发射，多激发波导量子电动力学（波导QED）系统，并包括传播时间延迟。特别是，我们证明了异常的人口陷阱作为一个结果的延迟在波导和三个初始激发发射器之间的激发交换。允许在发射极波导耦合的本地阶段，这种人口陷阱不能使用马尔可夫治疗恢复，证明了非马尔可夫动力学的过程中的重要作用。此外，这种时间延迟的激发交换允许新的稳态，其中一个发射体完全衰减到其基态，而其他两个保持部分激发。
2020-02-04 physics.atom-ph quant-ph
Lifetimes and quantum efficiencies of quantum dots deterministically positioned in photonic-crystal waveguides
将单个发射器与光子纳米结构连接使得能够修改它们的发射特性，例如增强单独的衰减速率或控制发射方向。为了实现完全控制，单个发射器必须确定性地定位在纳米结构中。在这里，我们使用光谱学来获得有关各个量子点的光谱和空间信息，以便将每个发射器定位在光子晶体波导的单元格中的预定位置。根据结构化纳米光子模式内的空间和光谱定位，我们观察到量子点发射可以被抑制或增强。这些结果证明了光子晶体波导控制单光子发射的能力，并且定位量子点的能力对于创建复杂的多发射器量子光子电路将是至关重要的。
2019-09-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Scattering of two photons on a quantum emitter in a one-dimensional waveguide: Exact dynamics and induced correlations
我们发展了一种波函数方法来描述嵌入在一维波导中的量子发射器上的两个光子的散射。我们的方法使我们能够计算整个系统在任何时候的精确动态，以及发射器的传输特性。我们表明，相对于传入的光子的发射器的非线性强烈地依赖于发射器的激发和传入的脉冲的光谱形状，导致在传输的光子，这取决于它们的分离和宽度至关重要。此外，对反向传播的脉冲，我们分析了诱导的量子相关的散射状态下的水平，我们表明，作为一个非线性分束器的光子脉冲的光谱宽度时，发射器的行为是相似的衰减率。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Waveguide transport mediated by strong coupling with atoms
研究了偶极-偶极相互作用（DDI）下一维波导与量子发射链耦合的单光子散射特性。光子输运对倏逝耦合发射体的位置极其敏感。利用实空间哈密顿量推导了含两个辐射源的链在DDI作用下反射和透射振幅的解析表达式。两种情况下，其中两个发射器对称和非对称耦合到波导，进行了详细讨论。结果表明，由于DDI的存在，反射和透射典型光谱分裂为两个峰。光谱中的Fano最小值也可用于估计DDI的强度。此外，DDI使光谱强烈不对称，并在零透射的区域中创建透射窗口。文中还给出了由多个辐射源组成的链的散射谱。我们的关键发现是，DDI可以扩大高反射的频带宽度时，链由许多发射器。
2017-04-12 quant-ph
Coupling Quantum Emitters in WSe2 Monolayers to a Metal-Insulator-Metal Waveguide
将单光子发射器耦合到表面等离子体激元为芯片上量子光子学提供了通用的基础。然而，实现良好的耦合效率需要发射器相对于等离子体激元模式的位置和偶极取向两者的精确对准。我们演示了在2-D半导体，WSe 2自对准的银-空气-银，金属-绝缘体-金属波导中传播的表面等离子体激元的单发射器的耦合。波导在单层中产生应变引起的缺陷，其接近于表面等离子体激元模式，具有有利的偶极取向以用于最佳耦合。我们测量的平均增强率的自发发射的因素为1.89耦合的单缺陷的等离子体激元波导。这种结构提供了一种有效的方式耦合单光子发射器传播等离子体激元，这是实现芯片上的有源等离子体激元电路的重要一步。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Waveguide quantum electrodynamics in squeezed vacuum
研究了一般多辐射源系统与压缩真空库的耦合动力学，基于Weisskopf-Wigner近似导出了该系统的主方程。在这个理论中，我们考虑了压缩源位置的影响，这在以前的研究中通常被忽略。我们应用这个理论的准一维波导的情况下，在一维压缩是实验上可以实现的。我们表明，虽然偶极-偶极相互作用诱导的普通真空依赖于发射体的分离，由于压缩真空的双光子过程依赖于相对于压缩源的发射体的位置。通过改变发射体的位置，可以控制压缩真空中波导QED的退相率、衰减率和共振荧光。此外，我们还证明了当质心位置满足一定的条件时，任意初始态都可以达到相同辐射源的稳态最大纠缠NOON态。
2018-01-12 quant-ph
Passive photonic CZ gate with two-level emitters in chiral multi-mode waveguide QED
本文提出利用二能级发射体阵列与手性多模波导的耦合，在极化激元本征态间诱导非线性π相移，从而实现高保真度的确定性无源光子条件门，并指出其可在拓扑光子平台等系统中实现。
2024-07-08 quant-ph
Simple analytical model describing the collective nonlinear response of an ensemble of two-level emitters weakly coupled to a waveguide
本文提出解析模型研究弱耦合于单模波导的二能级发射体系综的集体非线性光学响应，推导了二阶相干函数与压缩谱，并证明其可生成非经典光态。
2025-03-07 quant-ph
Photon-Number-Resolving Detector Based on a Cascade of Waveguide-Coupled Quantum Emitters
本文研究由级联波导耦合Lambda型发射体组成的光子数可分辨探测器，利用格林函数和量子轨迹方法推导其在线性与非线性区的精度，发现该方案在现实条件下优于基于分束器空间解复用的传统探测器。
2025-07-11 quant-ph
