Accurate phonon blockade detector composed of a quadratically coupled optomechanical system
在纳米机械振荡器中观察到的声子阻塞是其量子性质的明确证据。然而，在具有有效非线性耦合的光机系统中测量强声子阻塞仍然是一个严峻的挑战。在本文中，我们提出了一个理论上的建议，检测声子封锁效应的二次耦合光机系统，利用监督机器学习。将检测到的光信号作为输入注入神经网络，输出为机械等时二阶相关。我们的研究结果表明，我们的计划执行优越的性能检测声子封锁。具体地说，它是有效的非线性耦合系统，它执行一个高精度的强光子封锁，它是对系统参数的小扰动的鲁棒性。我们的工作开辟了一个有希望的方式来建立一个声子封锁探测器。
2020-11-07 quant-ph
Enhanced phonon blockade in a weakly-coupled hybrid system via mechanical parametric amplification
我们提出了如何实现强声子封锁（PB）的混合自旋力学系统中的弱耦合制度。我们演示了机械悬臂梁谐振器和嵌入式氮空位（NV）中心之间的磁致双声子相互作用的实现，结合机械运动的参数放大，在本征能谱中产生显着放大的非谐性。在弱驱动制度，我们表明，强PB出现在混合系统随着一个大的平均声子数，即使在存在强机械耗散。我们还显示了灵活的声子统计的可调谐性，通过控制机械参量放大的强度。我们的工作开辟了一个有效的单声子源的实施前景，在量子声子学和声子量子网络的潜在应用。
2021-12-16 quant-ph
Method for observing robust and tunable phonon blockade in a nanomechanical resonator coupled to a charge qubit
声子阻塞是一种纯粹的量子现象，类似于库仑和光子阻塞，其中非谐振器中的单个声子可以阻碍第二声子的激发。我们提出了一种实验方法来实现声子封锁的驱动谐波纳米机械谐振器耦合到一个量子比特，其中的耦合是成比例的二阶非线性极化率$χ^{(2)}$。这与克尔型$χ^{(3)}$非线性系统中声子和光子阻塞效应的标准实现相反。通过改变相干驱动场可以方便地调节非线性耦合强度。作为一个例子，我们应用该模型预测和描述耦合到库珀对盒（即，电荷量子位）与线性纵向耦合。通过得到该复合系统的定态解，我们给出了在该诱导二阶非线性系统中观察到强反聚束和亚泊松声子数统计的条件。除了使用量子位产生声子封锁状态之外，量子位本身也可以通过测量其状态来检测封锁效应。数值模拟表明，声子封锁的鲁棒性和检测它的灵敏度，将受益于这种强诱导的非线性耦合。
2016-06-30 quant-ph
Tunable multiphonon blockade in coupled nanomechanical resonators
非线性纳米机械谐振器（NAMR）中的单个声子可以阻止第二声子的激发[Phys.Rev.A82，032101（2010）]。这种固有的量子效应被称为声子阻塞，并且是库仑阻塞和光子阻塞的类似物。在这里，我们预测可调多声子封锁耦合非线性NAMR，其中非线性引起的两个级别的系统（TLS）假设色散（远离共振）的相互作用。具体来说，我们推导出一个有效的克尔型相互作用的混合系统组成的两个非线性相互作用NAMR耦合到两个TLS和驱动的经典领域。给定NAMR和TLS之间的相互作用由Jaynes-Cummings模型描述。我们表明，通过适当地调整驱动场的频率，可以诱导各种类型的声子封锁，对应于两个量子比特，qutrit和quartit，或两个量子比特的纠缠声子态。因此，$k$ -声子Fock态（具有$k=1,2,3$）可以阻止给定NAMR中更多声子的激发，我们将其解释为$k$ -声子阻断（或等效地，声子隧穿）。我们的结果可以解释在Fock空间的共振跃迁和通过相空间干涉使用$s$参数化的Cahill-Glauber准概率分布，包括Wigner函数。我们研究的非经典性，纠缠，和维数的封锁声子态在动力学和在固定的限制。
2015-12-29 quant-ph
Band-gap-engineered spin-phonon, and spin-spin interactions with defect centers in diamond coupled to phononic crystals
研究了金刚石缺陷中心与准一维声子晶体相互作用的自旋-声子系统。我们发现，一个单一的缺陷中心，耦合到声子晶体波导的带隙附近的声子模式，可以种子自己的声子腔模式与周围的缺陷中心的位置呈指数衰减的包络。自旋诱导声子腔，具有大大减少和可调的模式体积，允许相干声子介导的相互作用之间的远程自旋具有高度可调的范围，使访问各种远程相互作用的自旋模型。这项工作为探索量子多体物理和具有缺陷中心和周期性声子纳米结构的量子信息处理开辟了前景。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spontaneous emission of phonons by coupled quantum dots
我们发现耦合半导体量子点中的电子-声子相互作用的干涉效应，即使在接近零的温度下也可以支配非线性输运性质。的intradot电子隧道过程导致的声子系统的“动摇”，并由一个双缝样的自发发射的声子的干涉效应占主导地位。该效应与激光囚禁双离子系统中光子的亚辐射（Dicke效应）密切相关，并解释了最近观察到的耦合点非线性电流-电压特性的振荡现象。
1999-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon phonon entanglement in coupled optomechanical arrays
我们考虑一个阵列的三个光机械腔耦合可逆或不可逆的相互和计算量的纠缠之间的不同的光学和机械模式。我们发现该复合系统表现出腔间光子-声子纠缠。
2012-10-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing electron-phonon interactions in the charge-photon dynamics of cavity-coupled double quantum dots
电子-声子耦合在半导体量子点的电荷动力学中起着重要的作用。在这里，我们探讨它的作用在腔耦合双量子点的电荷-光子动力学的组合。先前对这些系统的研究表明，强的电子-声子耦合对光子辅助发射和吸收过程的光电发射和增益有很大的贡献。我们比较了三种常见的栅极定义的量子点材料系统中的声子边带的影响：InAs纳米线和GaAs和Si二维电子气（2DEG）。我们比较我们的理论与现有的实验数据，从腔耦合InAs纳米线和GaAs 2DEG双量子点，并找到定量协议时，声子边带和光电子过程中的铅隧穿考虑。最后，我们表明，声子边带也导致一个相当大的重整化的腔频率，这使得在这些系统中的电子-声子耦合的直接光谱探针。
2017-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Capacitively coupled distinct mechanical resonators for room temperature phonon-cavity electromechanics
耦合的机电谐振器，可以独立驱动/检测，并很容易与外部电路集成是必不可少的探索机械模式的信号处理。在这里，我们提出了一个室温声子腔机电系统，由两个不同的谐振器：一个氮化硅机电鼓电容耦合到铝之一。我们证明机电诱导的透明度和放大的双音驱动方案，并观察声子腔力影响的机械阻尼率的两个可移动物体。我们还开发了一个基于线性耦合运动方程的分析模型，该模型捕获了经典极限下的光学机械特性，并能够定量拟合我们的测量结果。我们的研究结果开辟了新的可能性，在基于声子腔的信号处理的经典和潜在的未来在量子制度的研究。
2022-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence Rate of Semiconductor Charge Qubit Coupled to Acoustic Phonon Reservoir
本文分析了双量子点中电子与声学声子相互作用的退相干。对于量子点之间的大隧穿速率，退相干的主要贡献来自声子发射弛豫过程，而对于小隧穿速率，虚声子退相过程占主导地位。我们的研究结果表明，在常见的半导体，如Si和GaAs，后者的机制决定了双点电荷量子比特性能测量的上限。
2003-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon antibunching effect in coupled nonlinear micro/nanomechanical resonator at finite temperature
在这项研究中，我们研究了耦合非线性微/纳机电系统（MEMS/NEMS）谐振器在有限温度下的声子反聚束效应。在弱驱动极限下，通过求解稳态Liouville-vonNeumann主方程，给出了声子反聚束的最佳条件。我们发现，在低温下，声子反聚束效应发生在弱非线性和机械耦合的制度，这是证实了解析和数值解。我们还发现，热噪声可以降低甚至破坏不同的机械耦合强度的反聚束效应。此外，从强反聚束到聚束的声子关联已被观察到的温度域。最后，我们发现，在有限温度的情况下，一个适当的强驱动将有助于保持最佳的声子相关对热噪声。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast polariton-phonon dynamics of strongly coupled quantum dot-nanocavity systems
研究了激子-声子耦合对强耦合量子点-光子晶体腔系统动力学行为的影响，探讨了激子-声子耦合对不同非经典光产生方案的影响.通过时间分辨测量，我们绘制出失谐依赖的极化激元寿命和提取光谱的极化激元声子耦合前所未有的精度。不同脉冲长度和失谐条件下的光子封锁实验（由量子光学模拟支持）表明，实现高保真光子封锁需要对声子对系统动力学的影响有复杂的理解。最后，我们实现了强耦合系统的极化激元态的直接相干控制，并证明了它们与声子的有效耦合可以用于高保真单光子产生的新概念。
2015-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave detection of electron-phonon interactions in a cavity-coupled double quantum dot
量子限制导致量子点中离散电子态的形成。在这里，我们探测的电子-声子相互作用在悬浮的InAs纳米线双量子点（DQD）是电偶极子耦合到微波腔。我们在整个导线上施加有限的偏压，以驱动DQD激发态中的稳态布居，从而能够直接测量DQD跃迁能量处的电子-声子耦合强度。由于纳米线的声子模式，腔场的振幅和相位响应表现出在DQD能级失谐中具有周期性的特征。所观察到的腔相移是一致的理论预测的腔中心频率的重整化耦合到声子。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cross-correlation between photons and phonons in quadratically coupled optomechanical systems
本文研究了二次耦合光机系统中光子、声子的统计特性以及光子与声子之间的互相关。光子阻塞，声子阻塞和强相干的光子和声子可以观察到在相同的参数制度与光学和机械模式之间的有效非线性耦合，由强光学驱动场增强。有趣的是，光子封锁的有效非线性耦合强度的最佳值不是在强非线性耦合制度。这种反常现象是由于在中等有效非线性耦合强度的光模中，双光子激发的不同路径之间存在相消干涉。进一步，我们证明了在弱机械驱动场与机械模之间存在适当失谐量的强非线性耦合区，可以产生声子（光子）对和关联光子与声子。我们的研究结果为产生与光子相关的光子和声子开辟了一条途径，这些光子和声子在量子信息处理中可能有重要的应用。
2018-07-13 physics.optics quant-ph
Quantum theory of light emission from quantum dots coupled to structured photonic reservoirs and acoustic phonons
半导体量子点中的电子-声子耦合在决定激发态激子的光学性质，特别是发射光子的光谱性质方面起着重要作用。本文提出了一个全面的理论和分析的发射光谱从人工原子或量子点耦合到结构的光子库和声学声子，当激发非相干泵浦场。作为结构化水库的具体例子，我们选择了洛伦兹腔和耦合腔波导，这是目前的实验兴趣。对于光学腔的情况下，我们直接比较和对比的光谱从三个不同的理论方法来处理电子-声子耦合，包括一个马尔可夫极化子主方程，一个非马尔可夫声子相关展开技术和半经典线性极化率的方法，我们指出这些模型的局限性。对于腔QED极化子主方程，在弱激发近似下，考虑温度、腔-激子失谐和腔点耦合，给出了声子辅助散射率的封闭解析解.我们明确地表明，为什么半经典的线性磁化率方法不能正确地占声子介导的腔喂养。对于弱耦合腔，我们使用更一般的水库的方法计算光谱，并解释其差异从上述方法在低Q限制的洛伦兹腔。随后，我们使用这个一般水库计算从量子点耦合到慢光光子晶体波导的发射光谱，这表明了一些惊人的光子-声子耦合效应。我们的量子理论可以应用于广泛的光子结构，包括光子分子和耦合腔波导系统。
2015-04-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rabi oscillations in a quantum dot-cavity system coupled to a non-zero temperature phonon bath
研究了量子点与单个高精细光学微腔模的强耦合。本文采用旋波近似方法，结合Lamb-Dicke近似，得到了该问题的解析解。本文研究了在任意温度下由于电子-声子耦合引起的拉比振荡的衰减，给出了崩溃和恢复时间的解析表达式。通过对能谱的研究，给出了不采用旋波近似的分析。
2008-05-26 cond-mat.other quant-ph
Phonon blockade in a nanomechanical resonator resonantly coupled to a qubit
研究了纳米机械谐振器（NAMR）中与量子比特共振耦合的声子统计。我们发现在共振耦合NAMR量子比特系统中存在两种不同的声子阻塞机制。一个是由于NAMR量子比特系统在大耦合强度下的强非谐性;另一个是由于中等耦合强度的NAMR量子比特系统中不同路径的双声子激发之间的相消干涉。我们发现，声子封锁是脆弱的热模式占领，只能观察到NAMR是在超冷的有效温度。为了在中等NAMR-量子比特耦合强度下增大强声子反聚束的平均声子数，我们假设两个外驱动场分别作用于NAMR和量子比特.在这种情况下，我们发现，通过优化两个外部驱动场的强度比和相位差，两种机制下的声子阻塞可以出现在相同的频率范围内。
2016-12-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Decoherence dynamics of interacting qubits coupled to a bath of local optical phonons
研究了无限程海森堡模型（IRHM）描述的相互作用量子比特系统在与局域光学声子池耦合的情况下的退相干。利用极化子参考系中的微扰理论，我们导出了非绝热条件下强自旋-声子耦合区的有效哈密顿量。结果表明，有效的哈密顿量可与IRHM高达领先的订单的微扰，从而具有相同的本征态的IRHM。利用量子主方程和动力学演化的马尔可夫近似，我们证明了在IRHM的能量本征基中，密度矩阵的非对角元素不衰减。
2016-01-20 cond-mat.str-el quant-ph
Phonon-induced Majorana Qubit Relaxation in Tunnel-Coupled Two-Island Topological Superconductors
基于马约拉纳的量子比特可以在由四个马约拉纳零模组成的两岛拓扑超导体设置的费米子奇偶子空间内形成。我们研究的弛豫时间的Majorana量子比特诱导的内在的Majorana声子相互作用结合两个岛之间的单电子隧穿。该理论是为无自旋p波Kitaev链模型和自旋轨道耦合半导体纳米线诱导超导和塞曼分裂。我们系统地讨论了弛豫速率对Majorana电荷分布（随化学势、磁场、超导配对、自旋轨道耦合和岛长而变化）以及声子波长和隧道势垒长度的依赖关系。重要的是，伴随的声子能量可以通过隧道势垒上的电压偏置来调谐，从而相对容易地操纵和抑制弛豫速率。
2018-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum transfer through small networks coupled to phonons: effects of topology vs phonons
通过量子网络的粒子或能量转移由网络拓扑结构和与环境的耦合决定。本文研究了拓扑结构和外部耦合对量子网络定向量子传输效率的影响。我们考虑一个微观模型的量子比特网络耦合到外部振动的Holstein和Peierls耦合。通过将网络位置和位置相关声子频率作为独立变量，利用贝叶斯优化方法确定了最小转移时间所对应的哈密顿参数.结果表明，Holstein耦合可以通过次优网络结构加速量子转移，但在无声子的最优网络结构中，Holstein耦合不能使量子动力学加速到超过转移时间的极限.相比之下，Peierls耦合扭曲了最佳网络，通过少于6个站点的配置来加速量子转移。然而，Peierls耦合提供的加速随着网络规模的减小而减小，并且对于具有多于七个站点的网络消失。对于七个或更多个量子点的网络，Peierls耦合扭曲了网络的最优结构，改变了量子转移的机制，但不影响量子转移时间的下限。这里展示的机器学习方法可以应用于确定其他应用中的量子速度限制。
2021-09-18 physics.comp-ph quant-ph
Polaron dynamics and decoherence in an interacting two-spin system coupled to optical phonon environment
我们研究了两个各向异性相互作用的自旋耦合到光学声子，我们限制我们的分析制度的强耦合的环境，反绝热区域，和子空间与零值$S^z_T$（总自旋的z分量）。在每个自旋耦合到不同的声子浴的情况下，我们假设系统和环境在极化参考系中最初是不相关的（并形成简单的可分离状态）。通过非马尔可夫量子主方程分析极化子动力学，我们发现系统表现出少量的退相干，并且退相干随非绝热性和耦合强度的增加而减小;而在马尔可夫近似下，极化子系统表现出无退相干行为.对于两个自旋耦合到同一个声子池的情况，我们还证明了系统在$S^z_T$固定的子空间中是无消相干的。为了抑制退相干通过量子控制，我们采用了一个训练的π脉冲，并证明，幺正演化的系统可以保留。我们提出了在氧化物基（隧道耦合）双量子点系统中实现一个电子的弱退相干电荷量子比特。
2014-02-14 cond-mat.str-el quant-ph
Controllable electron spin dephasing due to phonon state distinguishability in a coupled quantum dot system
我们预测了一个自旋纯退相通道的电子弛豫状态之间的不平等塞曼分裂，例如在磁场中的量子点之间的自旋保持电子隧穿。退相是由电子$g$中的失配引起的-点中的因素导致在具有相反自旋的隧穿期间发射的声子的可分辨性。结合多带$\boldsymbol{k}{\cdot}\boldsymbol{p}$建模和动力学模拟通过主方程，我们表明，这种基本的影响，自旋测量的影响的声子浴可以广泛控制的大小和组成的点或按需，通过调整外部字段。通过比较数值模拟的退相程度与基于环境状态的可解释性的一般理论预测，我们表明，所提出的机制是占主导地位的声子相关的自旋退相通道，并可能限制自旋相干时间在隧道耦合结构在低温下。
2018-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable phonon blockade in weakly nonlinear coupled mechanical resonators via Coulomb interaction
在微纳机械谐振器中实现量子力学行为吸引了持续的研究努力。观察力学物体量子性质的方法之一是通过声子阻塞机制。在这里，我们表明，声子封锁可以实现在两个弱非线性机械谐振器耦合的库仑相互作用的系统。最佳的封锁出现作为导致双声子激发的路径之间的破坏性量子干涉的结果。观察到，与施加在一个机械谐振器上的单个驱动相比，驱动两个谐振器在许多方面可以是有益的;例如，就声子阻断的温度灵敏度而言，以及就可调谐性而言，通过外部地控制第二驱动的振幅和相位。我们还表明，通过辐射压力引起的耦合在光机械腔，声子相关性可以间接测量的腔模式的光子相关性。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Intrinsic phonon decoherence and quantum gates in coupled lateral quantum dot charge qubits
Hayashi等人最近的实验[Phys.Rev.Lett. 91，226804（2003）]证明了在横向限定的量子点中电荷量子位（qubit）的相干振荡。我们研究了本征电子-声子消相干和门的性能，为下一步：一个系统的两个耦合的电荷量子比特。有效的退相干模型包含了局部退相干和集体退相干的性质。退相干通道可以通过它们的多极矩来分类，这导致了不同的低能谱。结果表明，由于超欧姆谱的存在，单量子位Hadamard门的质量受到限制。通过使用具有弱隧道耦合的双点，可以显著地改善。
2005-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of phonon-modified quantum dot photoluminescence intensity in structured photonic reservoirs
耦合到结构光子库的量子点的自发发射率由其局域光子态密度的频率依赖性决定。通过声子修饰，对于光子衰减时间变得与纵向声学声子衰减时间相当的某些光子结构，可以发生费米黄金法则的崩溃。提出了一个极化子主方程模型来计算相干激发量子点耦合到结构光子库的光致发光强度。我们考虑的半导体微腔和耦合腔波导的例子，并显示清晰的光致发光强度的光谱特征，包含独特的签名之间的相互作用的声子和光子浴耦合。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid quantum-classical matrix-product state and Lanczos methods for electron-phonon systems with strong electronic correlations: Application to disordered systems coupled to Einstein phonons
Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本文提出两种混合量子-经典方法，用于模拟电子-声子系统的时间演化，结合多轨迹埃亨费斯特方法，研究无序系统中电子-声子耦合对电荷密度波衰减的影响，揭示强无序系统与经典振子耦合导致局域化破坏。
2026-04-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Light bipolarons in a system of electrons coupled to dispersive optical phonons
研究一维 Holstein-Hubbard 模型中双极化子与色散光学声子的基态性质，发现声子色散曲率符号对结合能起决定性作用，并在强耦合极限下揭示了轻双极化子的稳定性机制。
2024-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
