Optimizing inhomogeneous spin ensembles for quantum memory
提出了一种在非均匀自旋系综中实现量子信息（QI）写入、存储和读取保真度最大化的一般方法。该方法是基于预先选择的最佳频谱部分的合奏由一个明智的设计脉冲。它允许通过存储来自谐振器或光束的QI的自旋系综实现的量子存储器的急剧改进。
2012-07-13 quant-ph
Coherent Coupling of Remote Spin Ensembles via a Cavity Bus
本文报道了在腔量子电动力学系统中两个宏观分离的氮空位电子自旋系综之间的相干耦合。通过观察明亮和黑暗的集体多系综态以及与腔模的耦合强度的增加，在腔透射谱中直接检测到远距离系综之间的相干相互作用。此外，在色散极限下，我们通过虚光子展示了横向系综-系综耦合。
2016-10-25 quant-ph
Strong magnetic coupling of an inhomogeneous NV ensemble to a cavity
我们从理论和实验上研究了低温下金刚石中带负电荷的氮空位中心与高$Q$超导共面波导腔模耦合的稠密系综。氮空位中心被模拟为具有不均匀频率分布的有效自旋1缺陷。对于一个足够大的系综，集体自旋的有效磁耦合主导模式损耗和系综的非均匀加宽，系统表现出良好的解决正常模式分裂的探测透射谱。我们使用几种理论方法来模拟探测光谱和自旋的数量和频率分布。该分析揭示了缺陷的仅缓慢的温度依赖性q-高斯能量分布，在低于$\unit{100}{\milli\kelvin}$的非常低的温度下有效耦合的自旋具有尚未解释的降低。根据系统参数，我们预测了通过在系统中加入外泵浦来实现极稳定脉塞的可能性。
2011-12-20 quant-ph
Sampling-based learning control of inhomogeneous quantum ensembles
参数色散的补偿对于非均匀量子系综的控制来说是一个重大挑战。在本文中，我们提出了一个系统的基于采样的学习控制（SLC）的方法，同时引导非均匀量子系综的成员到相同的期望状态。本文将SLC方法用于非均匀自旋量子系综和$Λ$型原子系统的态-态跃迁几率的最优控制。该程序涉及（i）培训和（ii）测试的步骤。在训练步骤中，根据从集合中提取的非齐次参数的分布，通过对成员进行采样来构造广义系统。采用基于梯度流的学习和优化算法来寻找广义系统的控制。在测试过程中，随机选择一些额外的集成成员来评估控制性能。数值结果表明SLC方法的成功。
2013-08-07 quant-ph
Quantum state reconstruction with imperfect rotations on an inhomogeneously broadened ensemble of qubits
提出了一种在存在退相干和非均匀展宽的情况下对量子比特和量子比特寄存器进行量子态重构的方法。该方法仅假设基本的单量子比特旋转以及退相干和损耗机制的知识。我们表明，完整的状态重建是可能的，即使在单量子位旋转的情况下，可能只执行不完美。此外，我们表明，对于系综量子计算的建议，量子态重建是可能的，即使系综经验不均匀的扩大，如果只有不完美的量子位操作是在状态准备和重建。
2007-01-19 quant-ph
Superradiance and anomalous hyperfine splitting in inhomogeneous ensembles
光与全同散射体系综相互作用中的集体效应在物理学的许多领域中起着重要的作用。然而，由于超精细场的存在，导致不均匀的跃迁位移和分裂，术语“相同”往往是不准确的。在这里，我们开发了一个形式主义的基础上的格林函数方法来模拟一维波导中的非均匀合奏的线性响应。我们得到了一个紧凑的集体谱公式，它表现出偏离均匀的频率移动和加宽的两个能级系统的预期。特别是，如果集体耦合的相干贡献是大的，可以抑制非均匀加宽的效果，与线宽接近的超辐射值。我们应用这种形式来描述非均匀超精细参数下薄膜波导X射线散射中的集体效应。
2021-02-22 quant-ph
Motion-induced enhancement of Rabi coupling between atomic ensembles in cavity optomechanics
我们提出了一个方案，在一个中间的膜设置的光学腔中捕获的两个相同的原子系综之间的拉比耦合增强。腔模式与系综色散相互作用，并且系综之间的有效相互作用由腔模式通过振荡膜的隧穿速率决定。我们已经表明，这种相互作用可以足够大，拉比振荡发生在一个时间尺度，远小于相关的腔模式和膜的衰变时间尺度。我们提出了详细的分析和数值计算结果，并评估该计划使用目前可用的技术的可行性。
2017-01-17 quant-ph
Off resonance coupling between a cavity mode and an ensemble of driven spins
我们研究了超导腔与自旋系综之间的相互作用。监测腔模的响应，同时以接近其拉莫尔频率的频率驱动自旋，该频率被调谐到远高于腔共振的值。实验发现，腔模的有效阻尼率随自旋的变化而变化。阻尼率的测量偏移归因于腔模式对驱动自旋的延迟响应。实验结果与理论预测和公平的协议被发现。
2017-03-09 quant-ph
Cavity-QED based on collective magnetic dipole coupling: spin ensembles as hybrid two-level systems
我们分析了自旋系综与超导微波带状线结构的磁偶极耦合，并结合了基于约瑟夫森结的transmon量子比特。我们表明，这个系统是由嵌入Jaynes-Cummings模型描述：在强耦合制度，集体自旋波激发的电子系综拿起腔模式的非线性，这样的两个最低本征态的耦合自旋波+微波腔+约瑟夫森结系统定义一个混合的两能级系统。这里描述的建议使得能够使用自旋系综作为量子比特，其可以使用相同的非线性腔进行相干操纵和耦合。具有磁偶极跃迁的强耦合腔QED的可能性开辟了将先前提出的量子信息处理协议扩展到硅或石墨烯中的自旋的可能性，而不需要单电子约束。
2008-09-17 quant-ph
Quantum memory for light using extended atomic ensembles in a tunable cavity
分析了光薄空间扩展共振材料中单光子波包的腔辅助存储和恢复。结果表明，使用腔调谐允许一个存储和召回的时间对称的双边指数脉冲与近单位效率。确定了腔调谐的最佳方案，并分析了时间抖动对存储效率的影响。
2008-09-22 quant-ph
Cavity-assisted squeezing and entanglement: Non-adiabatic effects and optimal cavity-atomic ensemble matching
在腔辅助拉曼方案中，我们从理论上研究了光场与冷原子系综集体自旋极化的量子纠缠。以前的工作主要集中在坏的腔限制，信号是远远长于腔场寿命。考虑到原子弛豫和其他缺陷，可能需要加速光-原子界面操作。通过增加腔场寿命，可以实现更好的光-物质耦合和纠缠。在我们的工作中，我们考虑的非绝热效应，成为重要的坏腔限制在低光子和连续变量制度。我们发现经典的控制场的时间分布，允许一个检索从腔的输出量化信号的预定义的时间形状和持续时间，这是最佳的零差检测，光学混合或进一步的操作。与腔场寿命相比，这是针对宽范围的信号持续时间完成的。我们讨论了一个最佳的腔-原子系综匹配的腔场寿命，它允许一个较低强度的控制场，并尽量减少各种非线性效应，如交流光位移，四波混频等，这可能是潜在的有害的实验。
2019-08-19 quant-ph
Stability analysis for bad cavity lasers using inhomogeneously broadened spin-1/2 atoms as gain medium
坏腔激光器由于其对激光腔波动的增强的鲁棒性而在有源光学频率标准的背景下经历新的兴趣。增益介质将由窄线宽原子组成，它们要么被困在腔内，要么动态地与腔模相交。原子有限速度分布、原子间相互作用、实际多能级原子与辅助场或杂散场的相互作用等一系列效应都会导致原子增益分布的非均匀展宽。这导致激光器操作的不稳定制度的出现，其特征在于场振幅的复杂的时间模式。研究了具有自旋为1/2的原子（如Yb-171）与外磁场相互作用的坏腔激光器的稳态解及其稳定性。对于稳定性分析，我们提出了一种新的和有效的方法，它可以应用于广泛的一类单模坏腔激光器的非均匀加宽的多级原子作为增益介质。
2016-11-03 physics.optics quant-ph
Ultralong quantum optical storage using reversible inhomogeneous spin ensembles with an optical locking method
提出了一种新的多比特量子光数据存储方法，在连续共振拉曼光数据脉冲激励下的自旋非均匀可逆系统中，存储时间可以远远超过自旋相位衰减时间。超长存储时间是通过改进的重相过程的光学布居锁定机制获得的。这为利用量子存储器进行长距离量子通信的量子中继器提供了潜力，其中超长存储时间起着重要作用。
2008-04-23 quant-ph
Quantum memory for microwave photons in an inhomogeneously broadened spin ensemble
我们提出了一个多模量子存储协议，能够存储的量子态的场在微波谐振器到一个系综的电子自旋。所存储的信息受到保护，防止不均匀的扩大自旋系综的自旋回波技术，导致存储时间的数量级比以前实现的更长。通过计算真实实验参数下自旋-腔系统变量的一阶矩和二阶矩的演化，我们证明了基于金刚石NV中心自旋的存储器可以存储编码在|0>和|1>具有80%保真度的场的Fock态。
2013-01-08 quant-ph
Bound state in the continuum by spatially separated ensembles of atoms in a coupled-cavity array
本文给出了一维耦合腔阵列中光子和原子的连续束缚态的解析解。这些束缚态是由两个系综的二能级原子被限制在单独的腔阵列。我们表明，在该政权的相邻腔之间的光子跳跃率是高的集体拉比频率相比，BIC对应于一个subradiant集体原子态，其中两个合奏的原子强烈纠缠。另一方面，在低的光子跳跃率制度，BIC表现为量子腔，其中光子可以被困在两个原子系综之间。
2017-08-22 quant-ph
Strongly coupling a cavity to inhomogeneous ensembles of emitters : potential for long lived solid-state quantum memories
我们从理论上研究了腔模与连续分布的辐射源的耦合。我们讨论了发射极非均匀加宽对极化激元峰的存在性和相干性的影响。我们发现，它们的连贯性取决于至关重要的分布的形状，而不仅仅是它的宽度。在一定条件下，与腔的耦合保护极化激元态不受非均匀加宽的影响，从而导致基于发射体系综的量子存储器的存储时间更长。当两个不同的发射体系综耦合到谐振器时，它们支持一种特殊的集体暗态，这对于量子信息的存储也非常有吸引力。
2011-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Protecting a Spin Ensemble against Decoherence in the Strong-Coupling Regime of Cavity QED
基于自旋系综耦合到超导微波腔的混合量子系统是腔量子电动力学（QED）实验和利用量子力学效应的未来技术的有前途的候选人。目前，这些系统中退相干的主要来源是非均匀自旋展宽，这限制了它们在量子信息的相干传输和存储方面的性能。在这里，我们研究了超导腔与金刚石中氮空位中心系综的强耦合动力学。我们实验观察的第一次，如何退相干诱导的非洛伦兹自旋分布可以被抑制在强耦合制度-一种被称为“腔保护”的现象。为了证明这种效应的相干控制方案的潜力，我们展示了如何适当选择微波脉冲可以增加两个数量级的腔和自旋系综之间的相干振荡的幅度。
2014-04-16 quant-ph
Cavity field ensembles from nonselective measurements
我们继续研究含时参数的腔QED。本文讨论了离开腔的原子态被降低但结果未被记录的情况。在这种情况下，我们的知识仅限于结果的整体描述。通过应用Demkov-Kunike水平交叉模型，我们表明，即使在这种情况下，过滤作用的相互作用，使我们能够准备一个预分配的福克态具有良好的精度。讨论了该方法的可能性和局限性，并提出了与早期工作的一些关系。
2003-06-05 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
Optomechanical Cavity Cooling of an Atomic Ensemble
我们证明了原子系综的单个集体运动模的腔边带冷却，直到平均声子占有数为2.0（-0.3/+0.9）。这两个最小占用数和所观察到的冷却速率是在良好的协议与光机模型。冷却速率常数与系综的总光子散射速率成正比，表明了光致冷却过程的合作性质。我们推导出腔冷却的基本限制，无论是集体模式，或同情，单原子自由度。
2011-07-23 quant-ph
Interaction between Atomic Ensembles and Optical Resonators: Classical Description
原子与腔相互作用中的许多效应通常用量子力学术语（腔量子电动力学，腔QED）来描述，在经典框架下可以理解和定量分析。我们采用这种辐射偶极振子的经典图象，导出了自由空间和光学谐振腔中单原子和原子系综与高斯模耦合的显式表达式。腔QED的协同性参数被证明起着核心作用，并给出了几何解释。经典的分析产生透明的，直观的结果，是有用的分析应用的腔QED，如原子探测和计数，腔冷却，腔自旋压缩，腔自旋光力学，或相变与自组织的系综光系统。
2011-11-21 quant-ph
Cavity QED with an ultracold ensemble on a chip: prospects for strong magnetic coupling at finite temperatures
研究了超精细跃迁冷原子与微波谐振腔模磁耦合系综的非线性动力学。尽管存在微小的单原子耦合，但人们在集体超精细量子位和微波光子之间获得强耦合，使得能够在长寿命原子量子位状态和模式之间进行激发的相干转移。即使在有限的热光子数下，也可以从腔的透射谱中得到强耦合的证据。该系统使得有可能进一步研究突出的集体现象，如超辐射衰变的倒置合奏或锁定到原子超精细跃迁的窄带带状线微脉泽的建设。
2010-09-02 quant-ph
Quantum Computing on Multi-atomic Ensembles in Quantum Electrodynamics Cavity
提出了一种基于QED腔中多原子相干系综的固态量子计算机中基本量子门的有效实现方法。在这里，我们使用双系综量子比特编码和基于交换的操作，它们一起提供了通过三个基本门实现任何编码的单量子比特操作，并且编码的受控非操作在单个步骤中执行。这种方法简化了通用量子计算的物理实现，并增加了对许多错误的免疫力。我们还证明了所提出的量子计算机的架构满足Dijuenzo准则。
2011-11-14 quant-ph
Cavity cooling to the ground state of an ensemble quantum system
我们描述了一种方法，用于初始化一个纯粹的基态的量子比特的合奏，通过应用集体腔冷却技术在每个量子比特的存在下的本地退相噪声。为了解决系综系统的动力学，我们引入了一种耗散微扰理论的方法，该方法将平均哈密顿理论应用于时间耗散相互作用框架中，以找到系统动力学的平均有效微扰子。我们使用SU（4）代数生成器解析求解系综中任意数量量子比特的一阶微扰。我们发现，一阶的有效热弛豫描述了本地$T_1$热弛豫的基态的每个量子比特在系综中的速率等于集体腔冷却耗散率。所提出的技术应该允许并行初始化的高纯度的状态在大型系综量子系统的基础上的固态自旋。
2016-03-01 quant-ph
Dissipation-driven formation of entangled dark states in strongly-coupled inhomogeneous many-qubit systems in solid-state nanocavities
研究了在费米子和腔光子都存在消相干和耗散的情况下，强耦合到量子化电磁腔场的多量子比特系统的量子动力学，并考虑了不同量子比特与腔场耦合强度的变化及其跃迁频率的扩展.在Lindblad近似下，利用随机Schroedinger方程方法，导出了一类开放量子系统的含时量子态振幅和可观测量的紧致解析解.我们发现，依赖于初始的量子态的准备，量子位的系综可以演变成各种各样的多量子位纠缠态与量子位之间的相消或相长干涉。特别是，当只有一小部分量子比特最初被激发时，腔中的耗散将不可避免地驱动系统进入与腔完全解耦的鲁棒暗态，并且比腔场的衰减时间长得多。我们还确定的条件下，量子化腔场的相干耦合克服了在多量子比特系统的过渡频率的传播所造成的失相，并导致形成一个去耦的暗态。
2022-07-19 quant-ph
EIT-like phenomenon with two atomic ensembles in a cavity
研究了两原子系综通过单模腔场间接耦合后的集体低激发谱。当左系综受外光场驱动时，当层间按节点-反节点顺序排列而非按反节点-节点顺序排列时，其对入射光的响应谱表现出类似电磁感应透明（EIT）的现象.在波腹-波腹序列的情况下，响应谱表现出具有两个透明窗口的类EIT现象。我们还研究了原子集体激发模的涨落谱，发现了类似的EIT现象。
2013-04-10 quant-ph
Entangled atomic ensemble and an yttrium-iron-garnet sphere in coupled microwave cavities
本研究提出耦合微波腔方案，实现原子系综与YIG球的远距离二体、三体纠缠，验证了纠缠的温度鲁棒性，表明腔-腔耦合强度可调控纠缠程度与转移，优化远距离纠缠性能。
2024-04-12 quant-ph
Measurement-based quantum computing with a spin ensemble coupled to a stripline cavity
最近，一种新的量子存储器被提出。存储介质是电子自旋的集合，耦合到带状线腔和辅助读出系统。理论研究表明，该系统应该能够在系综中存储大量量子比特，并且已经进行了实验概念验证。在这里，我们表明，这种最小的架构不仅限于存储，但实际上是能够通过采用基于测量的纠缠完整的量子处理。该技术似乎是非常强大的预期占主导地位的错误类型。关键的使能组件，即读出技术，非破坏性地确定“有n个光子在腔？”，已经在实验上实现了。
2012-02-01 quant-ph
Analysis of quantum interface between Rydberg-blocked atomic ensemble and cavity optical field with two-photon transition
研究了腔内里德伯阻塞原子系综的原子-光子量子界面，其中基态-里德伯跃迁是通过双光子跃迁实现的。通过理论分析，我们报告了我们最近在光域的Jaynes-Cummings模型和由该平台实现的鲁棒原子-光子量子门的研究结果。对实现的要求是温和的，其中包括适度高精细度的光学腔，典型的碱金属原子如Rb或Cs，以及冷原子系综在Rydberg阻塞半径内的条件。分析了腔模中原子系综与量子化光场的集体耦合。我们展示了它作为光子量子比特和物质量子比特之间的受控相位门的能力。在分析中还考虑了与该系统的几个主要退相干因素相关的不利影响。
2018-05-22 quant-ph
Generation of mesoscopic entangled states in a cavity coupled to an atomic ensemble
我们提出了一种基于量子化腔模对与原子系综共振相互作用有效产生NOON态的新方案。我们表明，在强耦合制度的绝热演化系统倾向于一个极限状态，描述光子和原子之间的介观纠缠，可以很容易地转换成一个纯粹的光子或原子NOON状态。我们还证明了显着的属性，该计划的效率随腔协同因子呈指数增长，这使得高的NOON状态的数量有效的访问。实验的可行性的计划进行了讨论，并证明其效率的数值。
2012-04-10 quant-ph
$N$ Scaling of Large-Sample Collective Decay in Inhomogeneous Ensembles
实验研究空心光纤中无序原子系综的集体衰变，发现不均匀性破坏 $N$ 标度，通过有效发射体数目恢复标度，为优化集体衰变提供物理见解。
2023-12-21 quant-ph
Non-Markovian decoherence dynamics of the hybrid quantum system with a cavity strongly coupling to a spin ensemble: a master equation approach
基于最近的超导微波腔与非均匀加宽自旋系综在外加驱动场作用下强耦合的混合量子系统的实验，我们利用精确主方程方法研究了其非马尔可夫退相干动力学.这里的自旋系综是由金刚石中带负电荷的氮空位（NV）缺陷制成的。我们精确的开放系统主方程理论描述了实验退相干的结果，并揭示了如何在强耦合制度的非均匀加宽引起的退相干被抑制的机制。此外，我们展示了如何光谱烧孔产生局域态，以进一步抑制腔退相干。我们还研究了这个系统中的两时间关联，以进一步展示量子涨落如何表现量子记忆。
2020-06-29 quant-ph
Self-stimulated pulse echo trains from inhomogeneously broadened spin ensembles
我们从实验和理论上描述了如何一个传统的磁共振哈恩回波序列可以导致一个自激脉冲回波训练时，一个非均匀加宽的自旋系综耦合到一个谐振器。子系统之间的有效强耦合确保了第一哈恩回波可以充当自旋上的重聚焦脉冲，从而导致自激励二次回波。在平均场论的框架内，我们表明，这个过程可以持续多次导致回波的训练。我们引入了一个分析模型，解释了第一个回声的形状和数值结果，以及占实验观察到的形状和强度的回声训练，并提供了深入了解所涉及的集体效应。
2020-07-06 quant-ph
Generation of pure continuous-variable entangled cluster states of four separate atomic ensembles in a ring cavity
提出了一种在高精细度环形腔中制备四个不同原子系综的连续变量纠缠团簇态的实用方案。该方案不需要一组外部输入压缩场、分束器网络和测量。它只基于原子系综和腔模之间的色散相互作用以及适当调整幅度和相位的激光脉冲的顺序应用。我们证明了在连续激光脉冲作用下，原子的场模被驱动到压缩真空态。然后根据属于聚类状态类的要求检查状态。我们举例说明的纠缠团簇态，所谓的连续变量的线性，方形和T型团簇态的三个例子的方法。
2009-03-18 quant-ph
Control of Inhomogeneous Ensembles on The Bloch Sphere
在相干光谱和量子信息处理中，寻找能够补偿量子系统演化参数色散的控制场（脉冲序列）是一个重要的问题。在系统动力学中使用复合脉冲来补偿色散是广泛已知和应用的。本文介绍了一种新的脉冲元件，用于校正脉冲误差。这些设计方法是解析的，可以用来证明任意好的鲁棒性能。此外，补偿时间优于现有的傅立叶合成方法，这对于最小化由于松弛效应引起的误差至关重要。
2012-03-31 quant-ph
Driven quadrature and spin squeezing in a cavity-coupled ensemble of two-level states
从理论上研究了在相干离轴光场连续驱动下腔耦合系综中产生的正交压缩的大小。使用一组截断的运动方程从Dicke哈密顿量，稳态正交压缩的腔场的数值计算接近-3 dB的限制，而调频正交压缩接近-14 dB的限制，在没有纯相移，并作为一个函数的合奏的大小和失谐。纯退相对稳态正交压缩的影响被证明是通过增加失谐的驱动场来减轻，而调频压缩仅在累积耦合和驱动速率超过纯退相速率的情况下才被屏蔽。自旋压缩纠缠也被计算为与弱驱动的调频正交压缩同时发生。
2021-02-03 quant-ph
Analytical solutions for optimal photon absorption into inhomogeneous spin memories
本文研究了非均匀展宽自旋系综与单模腔耦合的量子电动力学模型，在Schrödinger绘景中无需微扰理论求解最优光子吸收，通过调制谐振器频率和耦合速率，实现了单光子输入脉冲下大于$99\%$的成功吸收概率。
2025-02-03 quant-ph
Quantum states preparation of an atomic ensemble via cavity-assisted homodyne measurement
原子系综的量子自旋态无论在基础研究还是在精密测量应用中都有着特殊的意义。本文提出了一种利用探测光场的零差测量制备原子系综集体量子态的方案。光腔增强了光子介导的原子间的有效相互作用，输出的探测光也可以与集体自旋态纠缠。通过选择性地测量输出光的正交度，我们可以制备各种量子态，包括Dicke态的叠加态和Dicke压缩态。通过重复零拍探测和使用较长的探测激光脉冲，可以提高所制备的量子态的保真度。我们的方案在现有技术条件下实验上是可行的，可用于量子力学和量子精密测量的进一步研究。
2018-09-13 quant-ph
Theory of cavity-enhanced non-destructive detection of photonic qubits in a solid-state atomic ensemble
光子量子比特的非破坏性检测将在光子量子信息处理和量子通信中得到重要应用。在这里，我们提出了一种方法的基础上，包含一个合奏的稀土离子的固态腔。首先，将包含许多光子的探测脉冲存储在系综中。然后，一个代表时间仓量子比特的单个信号光子在系综上印上一个相位，这是由于AC斯塔克效应。该相位不依赖于信号光子的确切定时，这使得检测对时间仓量子比特状态不敏感。然后，探测脉冲被恢复，并通过零差检测来检测其相位。我们表明，腔导致的依赖性的印记相位上的{ \it探针}光子数，这导致一个扩展的探测相位，在对比简单的移位，发生在没有一个腔。然而，我们表明，这种情况下仍然允许非破坏性检测的信号。我们讨论了该计划的潜在实现，表明高成功概率和低损失应同时实现。
2018-07-12 quant-ph
Collective effects between multiple nuclear ensembles in an x-ray cavity-QED setup
最近的几个实验表明，嵌入薄膜腔中的穆斯堡尔核的设置为X射线量子光学提供了一个有抱负的平台。在这里，我们概括了我们早期开发的这个平台的理论模型[Phys. Rev. A 88，043828（2013）]。理论描述扩展到多核系综和腔中的多模。虽然单独的扩展不会导致新的定性功能，它们的组合产生了不同的核合奏和不同的光谱特征之间的可观测量的合作效果。Roehlsberger等人的相关实验[Nature 482，199（2012）]被成功建模，用半经典方法导出的标度被再现，并且用我们的量子力学描述获得了对设置的微观理解。
2015-06-09 quant-ph
Noncommuting vector fields, polynomial approximations and control of inhomogeneous quantum ensembles
在相干光谱和量子信息处理中，寻找能够补偿量子系统演化参数色散的控制场（脉冲序列）是一个重要的问题。在系统动力学中使用复合脉冲来补偿色散是广泛已知和应用的。在本文中，我们明确的动态，使这样的补偿可能的关键方面。我们强调的作用，李代数和非交换性的补偿脉冲序列的设计。最后，我们研究了NMR光谱中的三种常见的色散，拉莫尔色散，射频不均匀性和自旋之间的耦合强度。
2005-10-03 quant-ph
Hybrid non-degenerate parametric amplifier for a microwave cavity mode and an NV ensemble
Akhiezer Institute for Theoretical Physics, NSC KIPT（阿基谢尔理论物理研究所，NSC KIPT）；Advanced Photonics and Electronics Division, U.S. Army DEVCOM Army Research Laboratory（先进光子学与电子学部门，美国陆军DEVCOM陆军研究实验室）；Department of Physics, University of Massachusetts at Boston（马萨诸塞大学波士顿分校物理系）；Education and Research Institute “School of Physics and Technology”, Karazin Kharkiv National University（卡尔齐诺夫哈尔科夫国立大学教育与研究所“物理与技术学院”）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电气与计算机工程系）；Department of Physics and Engineering Physics, Tulane University（杜兰大学物理与工程物理系）
该研究提出了一种混合非退化参数放大器，通过调制自旋集合频率实现微波谐振腔模式与NV集合的信号放大和压缩，展示了在不同温度下的性能表现。
2026-01-06 quant-ph
Beyond the Tavis-Cummings model: revisiting cavity QED with atomic ensembles
用Tavis-Cummings模型描述了$N$二能级原子系综与单模电磁场的相互作用。在那里，集体增强的光-物质耦合强度由$g_N = \sqrt{N} \bar{g}_1$给出，其中$\bar{g}_1$是整体平均的单原子耦合强度。以前，这个模型已被用来描述和分析许多基于腔的实验。在这里，我们表明，这是唯一合理的，如果到非腔模式的有效散射率是可以忽略不计相比，腔的自由光谱范围。在实验参数方面，这要求系综的光学深度低，这是在几个最先进的实验中违反的条件。我们给出了Tavis-Cummings模型的有效性的定量条件，并推导出一个更一般的哈密顿描述，考虑到级联的光子与所有连续的原子的相互作用。我们表明，我们的模型的预测可以不同的定量，甚至定性与Tavis-Cummings模型。最后，我们提出的实验数据，从Tavis-Cummings模型的预测的偏差是显而易见的。我们的研究结果是相关的所有实验中，光学密集的合奏量子发射器耦合到一个光学谐振器。
2021-07-09 quant-ph
Fundamental limitations in spin-ensemble quantum memories for cavity fields
非均匀加宽的自旋系综在当今实现混合量子处理架构中起着重要作用。当耦合到谐振器时，这样的系综可以用作谐振器场的多模量子存储器，并且通过采用自旋重聚焦技术，量子存储时间可以扩展到系综中的各个自旋的相干时间。在本论文中，我们调查这样一个存储器协议能够存储一个未知的共振场状态，我们分别研究的协议的各个组成部分：存储和读出部分，自旋系综和共振场去耦的存储器保持时间，和采用自旋重新聚焦技术的部分。使用分析和数值方法，我们得出如何获得内存性能的规模与各种物理参数。
2013-09-21 quant-ph
Creation of pure multi-mode entangled states in a ring cavity
讨论了在高Q环形腔中制备原子系综多模压缩（纠缠）态的实用方案。假设腔由两个相互反向传播的简并模组成，这两个模可以同时与原子系综耦合，并且具有相同的耦合强度。系综由超冷原子组成，它们被建模为由两个激光场驱动的四能级系统，两者都与腔方向之一共同传播。我们说明了一个程序，从真空中构造多模压缩态的一个幺正变换与集体动力学的原子系综受到适当调整的振幅和相位的驱动激光。激光脉冲与腔耗散一起在期望的稳态压缩态中准备集体模式。
2010-02-01 quant-ph
Squeezing the Collective Spin of a Dilute Atomic Ensemble by Cavity Feedback
我们提出并分析了一种简单的方法，通过与光学谐振腔的驱动模相互作用，动态地、无条件地压缩稀释原子系综的集体自旋，正如最近证明的那样[I]。D. L.，M. H.美国，和V.V.，物理修订信函104，073602（2010）]。我们表明，大量的压缩可以实现在政权的强集体系综谐振腔耦合。压缩最终受到光子发射到自由空间或布洛赫球曲率的限制。我们推导出这两个极限，并显示出每一个都占上风。
2010-02-18 quant-ph
Adiabatic elimination for ensembles of emitters in cavities with dissipative couplings
我们考虑一个腔耦合的二能级发射体通过完全（相干和耗散）偶极-偶极相互作用相互作用的系综。使用绝热消除过程中，我们推导出有效的运动方程的子系统组成的腔和一个单一的发射器。这些方程可用于增强单发射器腔耦合的方案，如[S。Schütz，J. Schachenmayer，D.哈根米勒湾K. Brennen，T. Volz，V. Sandoghdar，T. W.埃贝森角基因，G. Pupillo，e-print arXiv：1904.08888].我们分析了有效的子系统参数的限制，并研究如何在子系统中的联合耗散衰变过程影响腔耦合特性的单发射器和腔传输谱。
2019-12-29 quant-ph
Cavity cooling of an ensemble spin system
我们描述了如何边带冷却技术可能适用于磁共振大自旋系综。使用Tavis-Cummings模型在拉比驱动器的存在下，我们解决了一个马尔可夫主方程描述的联合自旋腔动力学导出冷却速率作为合奏大小的函数。我们的计算表明，耦合的角动量子空间的自旋系综包含大致$10^{11}$电子自旋可以极化的时间比典型的热弛豫时间短许多数量级。所描述的技术应该允许有效地去除基于自旋的量子信息处理器的熵和自旋样本的快速极化。将量子光学中的标准技术应用于磁共振也有助于加强这两个领域之间的联系，由于制造抗噪声量子设备的混合设计的发展，最近开始进一步详细探索。
2014-02-24 quant-ph
Spontaneously induced atom-radiation entanglement in an ensemble of two-level atoms
采用计算相干态传播子的方法，分析了初始制备于上能级并置于含有压缩辐射的腔中的二能级原子系综中原子-辐射纠缠的自发诱导关联。结果表明，腔辐射具有压缩特性，而压缩效应的产生直接归因于腔内辐射的压缩。腔辐射强度随压缩参数和相互作用时间的增加而增加。研究还表明，原子态和辐射模之间的纠缠程度在特定的时刻存在，依赖于耦合常数和压缩参数。我们认识到，尽管压缩辐射直接导致腔场压缩，但它显著破坏了原子与辐射的纠缠。
2007-07-26 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
Squeezing of Collective Excitations in Spin Ensembles
我们分析了通过反转一个系综中的自旋并允许系综之间通过近共振腔场进行自旋交换来产生两个独立自旋系综的双模自旋压缩态的可能性。我们调查的动力学系统使用的数值和解析计算相结合，我们得到了压缩的参数范围很广。我们还研究了压缩特性向腔场和腔输出模的转移。最后，我们调查如何压缩的影响，将存在于固态实现的自旋系综的不均匀性的影响。
2012-07-29 quant-ph
Feedback-enhanced distant entanglement of magnon and phonon modes with atomic ensembles in coupled cavities
提出含相干反馈回路的双耦合腔混合系统，利用五种激发模式实现并显著增强原子系综、光子与磁振子、声子间的远程两体纠缠。
2025-05-11 quant-ph
Probing nonclassicality in an optically-driven cavity with two atomic ensembles
在开放量子系统的框架下，通过考虑两个二能级原子系综相对于腔场的波节和波腹的不同构型，研究了在由两个二能级原子系综组成的腔场物理系统中观测到非经典特性的可能性.该研究揭示了强存在的非经典特性的物理系统中建立的非经典性，如亚泊松玻色子统计和单模压缩，模间压缩，模间纠缠，反聚束，和转向的许多方面的存在。一些参数的影响，表征物理系统，对不同方面的非经典性也进行了研究。具体而言，据观察，深度的非经典见证参数可以通过外部驱动的合奏与光场之一增强。这项工作是在开放系统的影响，特别是，使用朗之万方程以及一个合适的微扰技术。
2018-07-07 quant-ph
Quantum statistics of the collective excitations of an atomic ensemble inside a cavity
研究了高精细度腔中原子系综集体激发的量子统计特性。在大失谐量下，虚光子交换可以引起原子间的长程相互作用，从而产生关联激发。特别地，当平均光子数取一定值时，诱导的长程相互作用有效地抑制了双原子激发，使两个最近的能级发生简并，从而产生原子阻塞现象。当平均光子数达到几个临界点时，间接相互作用的原子系综发生了量子相变。从这个意义上说，集体激发的量子统计性质对平均光子数的变化非常敏感。我们的模型表现出量子相变类似的Lipkin-Meshkov-Glick模型。我们的建议可以在各种系统中实现，包括腔量子电动力学（QED），玻色-爱因斯坦凝聚体，和电路QED。
2012-02-08 quant-ph
