Tuneable Gaussian entanglement in levitated nanoparticle arrays
光镊捕获的纳米粒子成为研究量子物理基本效应的一个有趣平台。利用空间光调制来塑造光阱势的能力，以及利用相干散射到光腔模式来量子控制它们的运动的能力，使它们易于模拟一系列物理系统和研究大质量物体的量子现象。为了将悬浮纳米粒子的这些能力扩展到量子多体系统，开发可行的策略来直接或通过共同的光学总线耦合和纠缠多个粒子是至关重要的。在这里，我们提出了一个可变的和确定性的计划，产生高斯纠缠的运动稳态的多个悬浮纳米粒子使用相干散射多腔模式。将多个纳米粒子耦合到共同的光学腔模式允许将集体Bogoliubov模式冷却到其量子基态;冷却多个Bogoliubov模式（通过将每个粒子捕获在多个镊子中使得每个镊子将光子散射到单独的腔模式中来实现）去除了大部分热噪声，从而导致纳米粒子之间的强纠缠。我们提出了三个纳米粒子的数值模拟，显示出巨大的tunerance与现实的实验参数产生的纠缠。因此，我们的建议铺平了道路，为先进的量子传感协议和多体量子模拟创造复杂的量子态的多个悬浮纳米粒子。
2022-06-15 quant-ph
Quantum electromechanics with levitated nanoparticles
制备和观测纳米粒子的量子态是一项具有挑战性的任务，与量子技术和基础物理实验有着密切的关系。与具有离散跃迁的原子系统相反，纳米颗粒表现出几乎连续的吸收光谱，因此它们的量子动力学不能容易地操纵。在这里，我们证明了带电的纳米尺度的量子可以人为地赋予一个离散的水平结构，通过相干接口与超导量子比特的旋转和平移运动。我们提出了一种脉冲方案，用于产生和读出几个悬浮纳米粒子之间的运动量子叠加和纠缠，为网络化混合量子器件提供了一个全电平台。
2020-05-28 quant-ph
Creating atom-nanoparticle quantum superpositions
一个纳米级的物体，其质心处于非经典状态，这将极大地扩展量子力学的边界。为了获得一个实用的方案，同样的，我们利用迄今未开发的耦合系统：原子和纳米粒子耦合的光场。我们展示了如何控制一个大的$\sim500$ nm纳米粒子的质量中心，使用原子的内部状态，以便创建，以及检测，非经典运动状态的纳米粒子。具体来说，我们考虑一个基于二氧化硅纳米粒子耦合到铯原子的设置，并讨论了一个协议，用于制备和验证薛定谔猫态的纳米粒子，不需要冷却到运动的基态。我们表明，叠加的存在，可以使用地球的引力场使用的方法，是最常见的退相干源不敏感，适用于任何初始状态的纳米粒子。
2021-09-08 quant-ph
Quantum sensing with nanoparticles for gravimetry; when bigger is better
在2020年首次展示了冷却到量子基态的悬浮纳米球之后[1]，宏观量子传感器似乎即将出现。与其他量子系统相比，纳米球的大质量增强了纳米颗粒对重力和惯性力的敏感性。在这个观点中，我们描述了光学悬浮纳米粒子实验的特征[2]及其在加速度传感中的建议用途。悬浮纳米颗粒平台的独特之处在于不仅能够实现量子噪声限制的转导（通过量子精密测量预测以达到$10^{-15}$ ms $^{-2}$量级的灵敏度[3]），而且能够实现用于增强重力测量的长寿命量子空间叠加。这遵循了开发传感器的全球趋势，如冷原子干涉仪，利用叠加或纠缠。由于这些现有的量子技术的显着商业发展，我们讨论了将悬浮纳米粒子研究转化为应用的可行性。
2020-09-22 quant-ph
Large Quantum Delocalization of a Levitated Nanoparticle using Optimal Control: Applications for Force Sensing and Entangling via Weak Forces
我们提出了最佳控制的谐振势的悬浮纳米粒子量子离域的质心运动状态的长度尺度的数量级大于量子零点运动。使用对谐波势的砰砰控制，包括反转它的可能性，初始基态冷却的悬浮纳米粒子相干地膨胀到大尺度，然后以时间最优的方式收缩到初始状态。我们表明，这种快速循环协议可用于增强力传感，以及显着提高两个弱相互作用的纳米粒子的纠缠率。我们参数化的协议的性能，因此可以探索的宏观量子制度，作为纳米粒子的质心运动的位移和频率噪声的函数。这种噪声分析占当前实验相关的退相干的来源。
2021-07-28 quant-ph
Fluctuation Electromagnetic Interaction Between Rotating Nanoparticle and Near-Field of the Surface
微小旋转粒子与可极化表面之间的涨落电磁相互作用，在粒子上产生摩擦力矩，改变系统中的吸引力（范德华力）和热交换速率。在本文中，我们考虑的情况下，旋转轴是平行的表面。我们提出了一般的理论基础，允许获得在旋转轴的任意取向的相互作用的特性。与旋转轴垂直于表面的情况（arXiv：1208.2603）相比，所获得的摩擦扭矩、相互作用能和加热速率的积分表达式具有不同的数值系数。给出了Au（颗粒）- Au（表面）和SiC（颗粒）-SiC（表面）情况下的数值估计。
2012-09-10 cond-mat.other quant-ph
Highly entangled-photon pairs generated from the biexciton cascade transition in a quantum dot-metal nanoparticle hybrid system
从理论上研究了位于金属纳米颗粒附近的半导体量子点中双激子级联跃迁产生的光子对之间的纠缠。在模型方案中，双激子-激子和激子-基态跃迁被假定为耦合到两个正交极化的主等离子体激元模式。对于宽的光谱窗口，由于水平和垂直光谱重叠，双激子和激子光子在能量上是简并的。这使我们能够克服中间激子态之间的自然分裂。此外，纠缠的程度取决于系统的几何参数。也就是说，金属纳米颗粒的半径和量子点与纳米颗粒之间的距离。结果表明，即使在发射极和金属纳米球之间没有强耦合的情况下，这种混合系统也深刻地改变了光子纠缠。
2017-09-13 quant-ph
Quantum Dynamics of a Two-level System Near a Gold Nanoparticle
在不允许原子系统有时间自发地衰变到基态的情况下制备所需状态的能力受到哈密尔顿控制不能影响所讨论的状态的纯度的事实的限制。本文讨论了如何利用一个连续的非共振电磁波来制备所需的最终量子态。借助于等离子体表面增强，通过在金纳米颗粒附近放置二能级原子系统，制备在缩短的时间段内完成，并且具有较低的电场强度，同时与孤立系相比，系统纯度提高。
2017-08-25 quant-ph
Classical and quantum time crystals in a levitated nanoparticle without drive
时间晶体被定义为物质在时间上自发地表现出周期性的相。以往的研究主要集中在周期驱动下的离散量子时间晶体。在这里，我们提出了一个时间晶体模型的基础上悬浮的带电纳米粒子在静态磁场没有驱动。无论是处于热平衡的经典时间晶体，还是处于基态的量子时间晶体，在强磁场或大荷质比极限条件下，都可以出现自旋转动模式。此外，首次定义了\emph{time polycrystal}，并自然地出现在该模型中。我们的模型为实现热平衡的时间晶体铺平了道路。
2020-07-22 quant-ph
Plasmon-assisted two-photon Rabi oscillations in a semiconductor quantum dot -- metal nanoparticle heterodimer
光子拉比振荡具有量子计算和量子信息处理的潜力，因为在拉比周期期间可以创建一对纠缠光子。我们从理论上研究了这种现象在由与金属纳米颗粒强耦合的半导体量子点组成的异二聚体中的发生。双光子拉比振荡是由于量子点中基态到双激子跃迁的相干双光子过程引起的。在量子点附近存在金属纳米颗粒导致量子点经由金属纳米颗粒的自作用，因为后者的极化状态取决于前者的量子态。粒子间的相互作用产生两个主要效应：（i）-增强外场振幅和（ii）-重正化的量子点的共振频率和弛豫率的非对角密度矩阵元素，这两个依赖于量子点的能级的布居。在这里，我们专注于第一个效果，这导致有趣的新功能，特别是，在一个孤立的量子点和随后的增长的纠缠光子对的数量相比，每个脉冲的拉比周期数增加。我们还讨论了孤立量子点和异质二聚体的激子态的辐射衰变对双光子拉比振荡的破坏作用。
2018-10-14 quant-ph
A Frequency-Multiplexed Coherent Electro-Optic Memory in Rare Earth Doped Nanoparticles
光的量子存储器是长距离量子通信和分布式量子计算等量子技术的重要组成部分。最近的研究表明，在稀土掺杂的纳米颗粒中可以观察到长的光学和自旋相干寿命，从而在块状材料上开辟了激发可能性，例如用于增强与光和其他量子系统的耦合以及材料设计。在这里，我们报告的相干光存储在Eu $^{3+}$：Y $_2$ O $_3$纳米粒子使用斯塔克回波调制存储器（SEMM）量子协议。我们首先测量了一个几乎恒定的斯塔克系数为50 kHz/（V/cm）的15 GHz的带宽，这是有希望的宽带操作。使用SEMM的光存储然后被证明达40 $μ$ s的时间。具有两个不同频率的脉冲也被存储，确认频率复用能力，并用于展示存储器的高相位保真度。
2020-06-17 quant-ph
Optimization of Static Potentials for Large Delocalization and Non-Gaussian Quantum Dynamics of Levitated Nanoparticles Under Decoherence
本文提出一种优化方法，通过考虑位置相关噪声源确定悬浮纳米粒子的最优静态势，以生成大退局域和非高斯量子态，并引入相干长度与相干立方性作为特征指标，经四次势验证及全量子动力学模拟基准测试证明其有效性。
2024-06-28 quant-ph
Quantum calculation of feedback cooling a laser levitated nanoparticle in the shot-noise-dominant regime
在本文中，量子计算结果的反馈冷却的光囚禁纳米粒子在激光射击噪声占主导地位的制度。我们数值研究系统使用参数和力反馈冷却计划。对于相同的测量效率，力反馈的冷却极限低于参数反馈。我们还开发了一套半经典的反馈冷却方程，精确匹配的量子结果。通过重新标度半经典方程，证明了冷却动力学唯一地由反馈强度、测量效率和散粒噪声引起的一个振荡周期内的占据数变化决定.最小占用数由测量效率和一个周期内占用数的变化确定。
2017-08-03 quant-ph
Acoustic and Optical Properties of a Fast Spinning Dielectric Nanoparticle
悬浮在真空中的纳米粒子可以设定为以极限频率旋转，仅受材料的拉伸强度限制。在如此高的频率下，固态量子激发动力学的剧烈变化是可以预期的。在这里，我们从理论上描述了声学声子之间的相互作用和纳米粒子围绕其自身的轴的旋转，并建模纳米粒子的声学和光学性质如何变化时，它在一个固定的频率旋转。作为一个例子，我们分析预测的缩放的形状，声学本征模谱，介电常数，和极化率的旋转介电纳米球。我们发现，在目前的实验中实现的几个千兆赫的频率，这些属性的变化应该是可测量的与本技术。我们的工作旨在探索极端旋转下介观物质中的固态量子激发，随着对高度孤立的悬浮纳米粒子的精确控制的出现，这种机制现在变得可以访问。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
5D cooling and nonlinear dynamics of an optically levitated nanodumbbell
真空中的光悬浮非球形粒子是扭矩传感、旋转量子力学、高频引力波探测和多种其他应用的优秀候选者。许多潜在的应用，如检测Casimir扭矩附近的双折射表面，需要同时冷却的质心运动和扭转振动（或旋转）的非球形纳米粒子。在这里，我们报告了悬浮纳米颗粒的第一个5D冷却。我们在线偏振激光器中同时冷却了悬浮纳米钟的3个质心运动模和2个扭转振动模。唯一未冷却的刚体自由度是纳米哑铃绕其长轴的旋转。这种自由旋转模式不直接耦合到光镊。令人惊讶的是，我们观察到它强烈影响纳米钟的扭转振动。这项工作加深了我们对悬浮纳米粒子的非线性动力学和旋转耦合的理解，并为实现其运动的完全量子控制铺平了道路。
2020-04-06 physics.optics quant-ph
Accessing quantum nanoplasmonics in a hybrid quantum-dot metal nanosystem: Mollow triplet of a quantum dot near a metal nanoparticle
我们提出了一个理论研究的共振荧光光谱的光驱动量子点附近放置一个单一的金属纳米粒子。使用时间卷积主方程的方法，其中包括使用格林函数理论的确切的光子水库功能的金属水库耦合计算为8 nm的金属纳米粒子。通过激发系统相干附近的纳米粒子偶极模式，我们表明，驱动的莫洛光谱变得高度不对称，由于内部耦合效应与高阶等离子体激元。我们还强调制度的共振压缩和扩大，以及通过光传播的光谱整形。我们的主方程技术可以应用于任何任意的材料系统，包括有损耗的非均匀结构，其中模式扩展技术被称为打破。
2013-04-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum theory of non-Hermitian optical binding between nanoparticles
针对悬浮纳米颗粒的非互易光学结合，本文建立含相关量子噪声的非厄米相互作用量子理论与马尔可夫主方程，并给出实现单向耦合的途径。
2024-12-04 physics.optics quant-ph
On-demand assembly of optically-levitated nanoparticle arrays in vacuum
实现大尺度完全可控量子系统是当前物理学研究中的一个具有挑战性的课题，具有广泛的应用前景。真空光镊中的超冷原子和分子阵列已被用于量子模拟、量子精密测量和量子计算。近年来，真空中单个光悬浮纳米粒子质心运动的量子基态冷却被证实，为研究宏观量子力学和精密测量提供了前所未有的机会。在这项工作中，我们创建了一个可重构的光悬浮纳米粒子阵列在真空中。我们的光悬浮纳米颗粒阵列允许完全控制单个纳米颗粒，以形成任意图案并检测它们的运动。作为一个具体的例子，我们选择了两个纳米粒子没有旋转信号的阵列合成纳米哑铃原位合并到一个陷阱。原位合成的纳米哑铃可以旋转超过1 GHz。我们的工作为研究宏观多体物理提供了一个新的平台。
2022-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum theory of electrically levitated nanoparticle-ion systems: Motional dynamics and sympathetic cooling
Institute for Theoretical Physics and Vienna Center for Quantum Science and Technology, Technical University of Vienna（维也纳大学理论物理研究所与维也纳量子科学与技术中心）；Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学实验物理研究所）
本文提出了一种描述纳米粒子和离子在双频线性保罗陷阱中耦合运动的量子理论，研究了通过离子与持续多普勒冷却离子的库仑耦合实现的纳米粒子同情冷却。
2026-05-21 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Electrodynamics of Quantum Dot-Metal Nanoparticles Molecules
从理论上研究了由单个量子点和金属纳米颗粒组成的杂化分子的量子光学性质。我们计算了该杂化体系的共振荧光。它的非相干部分，一个由非线性量子过程引起的，结果是增强了两个以上的数量级相比，在没有金属纳米粒子。在不同的激发功率和强度场关联函数的非微扰计算的散射光谱表明，该系统可以作为一个非线性的超紧凑的双光子开关的入射光子，在一个单一的入射光子场的存在（或不存在）是足以允许（或阻止）随后的光子的散射。我们还发现，入射光场的小频移可能引起强度场关联函数数量级的变化。
2010-04-09 physics.optics quant-ph
Quantum levitation of nanoparticles seen with ultracold neutrons
分析新的实验与超冷中子（UCN），我们表明，物理吸附的纳米粒子/纳米液滴，悬浮在高激发态的深和广泛的势阱形成的范德华/卡西米尔-波尔德（vdW/CP）力的结果在一个十字路口的基本相互作用，中子，表面和纳米粒子物理的新效果。考虑到UCN与纳米粒子的相互作用，解释了最近发现的一个有趣的小加热UCN的陷阱。这可能与中子寿命实验的惊人冲突有关，因为在那里添加了虚假的影响，而这些实验具有最小的报告不确定性。
2012-10-26 cond-mat.other quant-ph
Spontaneous Emission Spectra and Quantum Light-Matter Interactions from a Strongly-Coupled Quantum Dot Metal-Nanoparticle System
我们研究了耦合到有限尺寸金属纳米颗粒的单光子发射器的量子光学性质，使用光子格林函数技术，严格量化的电磁场。我们首先获得显着的Purcell因子和光子兰姆位移为7 nm和20 nm半径的金属纳米粒子，而不采用偶极子近似。然后，我们考虑一个量子点光子发射器定位足够接近的金属纳米粒子，使强耦合制度是可能的。考虑到非偶极相互作用、猝灭和从点到探测器的光子传输，我们证明了即使在室温下，在远场自发发射光谱中也可以观察到强耦合机制。发射光谱表明，通常的真空拉比双重成为一个丰富的光谱三重峰或四重峰的四个峰中的两个anticrossing，它生存，尽管显着的非辐射衰变。我们讨论了两种不同偶极极化的发射光谱和猝灭效应。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient exciton generation in a semiconductor quantum dot-metal nanoparticle composite structure using conventional chirped pulses
我们考虑由耦合到金属纳米颗粒的半导体量子点组成的纳米结构，并通过数值模拟表明，即使对于较小的粒间距离，也可以从基态鲁棒地产生量子点的激子态。使用具有高斯和双曲正割包络的传统啁啾脉冲。使用描述系统的非线性密度矩阵方程解释了在最终激子种群中观察到的相对于所施加脉冲的啁啾符号的不对称性，并且归因于从量子点中的激子和金属纳米颗粒中的等离子体激元之间的相互作用中出现的参数的实部。传统的啁啾脉冲，这也可以很容易地在实验室中实现的简单性，使所提出的强大的量子控制方案的超快纳米开关和量子信息处理任务的实施与半导体量子点潜在有用。
2022-12-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Model of Cooling and Force Sensing With an Optically Trapped Nanoparticle
光学捕获纳米粒子最近出现了令人兴奋的候选人测试的量子力学在宏观尺度和作为多功能平台的超灵敏度计量。最近的实验已经证明了参数反馈冷却，非平衡物理和温度检测，都在经典制度。在这里，我们提供了第一个量子模型被困纳米粒子冷却和力传感。与现有的理论相比，我们的工作表明，纳米机械基态可以在不使用光学谐振器的情况下制备;冷却机制对应于非线性摩擦;并且冷却过程中的能量损失在时间上是非指数的。我们的研究结果与实验数据在经典极限下表现出很好的一致性，并为旨在制备基态的实验提供了一个基本的理论框架。我们的理论还解决了力感测的优化和基本量子极限，从而为使用悬浮纳米粒子进行超弱力的持续搜索提供了理论方向。
2015-12-14 physics.optics quant-ph
Generation of maximally entangled states in hybrid two quantum dots mediated by a spherical metal nanoparticle driven by external laser field
我们从理论上研究了由两个相互作用的半导体量子点组成的混合系统中量子关联的产生，该混合系统由金属纳米颗粒介导并耦合到外部激光场。除了直接偶极-偶极相互作用外，混合系统中存在的相互作用均采用半经典近似处理。我们报告的纠缠的形成，这给出了纠缠量子关联的信息，连续波和脉冲驱动的应用领域。我们已经发现，对于适当的值的混合系统的物理和几何参数的应用领域可以被调谐产生的量子关联的显着价值，使它们可以在量子信息和计算过程中是有用的。
2017-07-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Position-controlled trapping of nanoparticles and quantum dots on a fiber taper
研究双色光纤锥光阱的三维捕获势，通过控制双模相对功率调节纳米粒子捕获位置，并验证量子点与金纳米粒子共捕获及激发场复用，为量子发射体定位与谐振器耦合调节提供方案。
2023-04-09 physics.optics quant-ph
Robust-to-loss entanglement generation using a quantum plasmonic nanoparticle array
我们介绍了一个方案，用于产生纠缠的两个量子点之间使用的等离子体波导由金属纳米颗粒的阵列。我们表明，该计划是强大的损失，使其能够工作在长距离等离子体纳米粒子阵列，以及在存在其他缺陷，如失谐的量子点的能级。该计划代表了一种替代战略，以前介绍的耗散驱动计划产生纠缠等离子体系统。在这里，纠缠是通过使用偶极诱导的干涉效应和基于检测的后选择产生的。因此，与普遍认为损耗是量子等离子体系统的主要问题的观点相反，我们提供了一个鲁棒的损耗纠缠产生方案，该方案可以用作纳米级量子态工程和控制的通用构建块。
2013-08-13 physics.optics quant-ph
Quantum Size Effects in the Magnetic Susceptibility of a Metallic Nanoparticle
我们从理论上研究了球形金属纳米颗粒（如金）的磁响应中的量子尺寸效应。利用球坐标系下的Jelterm模型，计算了纳米颗粒在静态外磁场作用下的感应磁矩和磁化率。在临界磁场以下，磁响应是反磁的，而在这样的磁场以上，磁化的特征是十分之几的玻尔磁子的急剧的、阶梯状的增加，这与费米海之上和之下的能级的塞曼交叉有关。我们量化这些制度对热激发和有限线宽的电子水平的鲁棒性。最后，我们提出了两种基于超导量子干涉器件耦合的量子尺寸效应的实验检测方法。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Comparison of the photoluminescence properties of semiconductor quantum dots and non-blinking diamond nanoparticles. Observation of the diffusion of diamond nanoparticles in living cells
在单分子水平的光致发光的长期观察，直到最近非常困难，由于光漂白的有机？荧光团分子。虽然无机半导体纳米晶体可以克服这一困难，显示出非常低的光漂白产率，但它们遭受光闪烁。最近引入了一种新的标记，依赖于含有光致发光色心的金刚石纳米颗粒。在这项工作中，我们比较了单量子点（QD）的光致发光的纳米金刚石含有一个单一的颜色中心。与其他标记相反，光致发光纳米金刚石具有完美的光稳定性，并且没有光闪烁。在它们的激发饱和时，纳米金刚石的光致发光强度仅比量子点的光致发光强度小三倍。此外，纳米金刚石的明亮和稳定的光致发光允许宽场观察单个纳米颗粒的运动。我们证明了记录这种单个粒子在培养细胞中的轨迹的可能性。
2009-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Quantum Light from a Metal Nanoparticle
单光子源的运行速度受到量子发射体（QE）的自发发射率的基本限制。速率加速的当前范例建议将QE耦合到金属纳米结构，特别是金属纳米颗粒（MNP）。在这里，我们证明，与这种方法相反，MNP本身可以表现为量子发射体。我们确定了一阶和二阶关联函数的光自发发射的MNP强烈耦合到QE，并表明，这种光应该表现出亚泊松光子统计和完美的光子反聚束。这一发现为具有前所未有的高达100 THz的产生率的单光子源开辟了前景。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum plasmonics with a metal nanoparticle array
我们研究了金属纳米颗粒阵列作为纳米光子量子通信的通道和量子等离子体干涉的产生。我们考虑了量子态的转移，包括单量子比特作为等离子体波包，并通过比较量子理论与经典电磁理论的预测，强调了量子力学描述的必要性。包括在金属中的损失的影响，从而把我们的调查到一个实际的设置，并使现实的纳米粒子阵列的性能作为等离子体量子信道的量化。我们探讨了单等离子体激元的干扰，发现与等离子体激元激发的量子特性相关的非线性吸收效应。这项工作突出了使用纳米光子周期性系统用于量子等离子体应用的优点和缺点，例如量子通信和量子干涉的产生。
2012-06-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Collectively induced exceptional points of quantum emitters coupled to nanoparticle surface plasmons
由非厄米简并引起的例外点具有增强量子传感能力的潜力。因此，在不同的量子系统中找到例外点对于开发这种未来的传感设备至关重要。利用增强的光-物质相互作用在金属纳米颗粒表面上的封闭体积中，在这里，我们从理论上证明了在由量子发射器耦合到亚波长尺度的金属纳米颗粒组成的系统中存在例外点。通过使用分析量子电动力学的方法，例外点表现为一个强耦合效应的结果，并观察到在一个激烈的分裂原来合并的本征能。此外，我们表明，例外点也可以发生时，一些量子发射器集体耦合到局部表面等离子体的偶极模式。这样的量子集体效应不仅放松了对单个发射体的强耦合要求，而且还导致更稳定地产生例外点。此外，我们指出，例外点可以明确地揭示在功率谱。广义的信噪比，占功率谱中的频率分裂和系统的耗散，清楚地表明，耦合到纳米粒子的量子发射器的集合提供了更好的性能检测异常点，相比于单个量子发射器。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Apparent violations of the second law in the quantum-classical dynamics of interacting levitated nanoparticles
本文研究由库仑相互作用的悬浮纳米粒子构成的量子-经典系统中热力学第二定律的表观违反现象，分析量子系统不同初始态对经典粒子的功、涨落及违反概率的影响，开启了随机热力学视角下混合量子-经典系统的研究。
2025-09-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dressed states of a quantum emitter strongly coupled to a metal nanoparticle
混合分子-等离子体纳米结构已经证明了它们在纳米尺度上的表面增强光谱学、传感或量子控制方面的潜力。在这项工作中，我们研究了强耦合制度，并明确描述了金属纳米粒子的局域等离子体激元和量子发射体的激发态之间的杂化，提供了一个简单而准确的理解的能量交换完全类比腔量子电动力学处理和修饰原子图片。近场发射和远场辐射进行了讨论，揭示了丰富的光学纳米晶体。
2017-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Bioinspired molecular qubits and nanoparticle ensembles that could be initialized, manipulated and readout under mild conditions
量子计算和量子信息处理是具有克服传统计算系统的物理限制的潜力的新兴技术。然而，目前基于光子、原子和分子的量子系统都面临着诸如相干时间短、需要超低温和/或高真空以及缺乏可扩展性等挑战。我们报告了一种新型的分子量子比特和纳米粒子系综的基础上J-聚集和分子生色团的单体状态之间的热可控转换，使用吡咯并吡咯菁与聚合物链，如聚己内酯作为一个例子。这种超分子量子系统，类似于光合作用中的捕光复合物的某些特征，为在温和条件下操纵量子信息提供了新的机会，这不需要复杂的超冷和/或高真空，通常涉及现有的超导量子比特或里德伯原子用于量子计算和信息处理。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Macroscopic Quantum Coherence in a Magnetic Nanoparticle Above the Surface of a Superconductor
我们研究了超导体表面上单畴粒子中磁矩的宏观量子隧穿。这样的设置允许人们操纵能垒的高度，保持基态的简并性。计算了超导体中的隧穿振幅和耗散效应。
2000-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Stationary Gaussian Entanglement between Levitated Nanoparticles
光子的相干散射是一种新颖的光学悬浮纳米粒子的光机械耦合机制，有望实现与光以及纳米粒子之间的强而多样的相互作用。我们表明，它允许有效的确定性产生的高斯纠缠在两个粒子在单独的镊子。红色和蓝色失谐镊子的组合将机械Bogoliubov模式带到其基态。额外的分散耦合腔模式可以减少正交模式中的噪声，从而产生强纠缠，如对数负性所量化的，并且可以用真实实验参数的Duan标准来验证。这种用于量子传感和量子模拟的重要资源对于当前的实验是关键的，并且向量子机制中的多粒子光力学迈出了重要的一步。
2020-12-22 physics.optics quant-ph
Multiparametric Quantum Sensing of Liquids Using NV Centres and Tethered Magnetic Nanoparticles
提出一种利用NV色心磁力测量、弛豫测量和表面系留磁性纳米颗粒的非侵入性液体多参数分析方法，通过空间图案化表面实现高维量子响应向量，用于区分液体粘度、分子吸附等变化。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hide the interior region of core-shell nanoparticles with quantum invisible cloaks
利用分波节点间的相互作用，结合流体动力学中概率流的流线概念，通过将概率流引导到芯区之外，同时保持总散射截面可忽略，证明了半导体中电子输运的量子隐形斗篷.由于概率通量在内部区域消失，人们可以将任何材料嵌入多核壳球内，而不会影响外部的物理观测。我们的研究结果揭示了设计一个保护屏蔽层的可能性，从电子传输的影响脆弱的内部部件。
2013-06-10 physics.optics quant-ph
Internal Quantum Dynamics of a Nanoparticle in a Thermal Electromagnetic Field: a Minimal Model
我们认为，宏观电动力学是不适合描述的高真空中的悬浮纳米粒子和热电磁场之间的辐射热化过程。基于物理参数，我们提出了一个模型来描述这样的系统超越准平衡近似。我们利用路径积分技术对模型进行解析求解，精确计算了系统量子自由度随时间的演化。微观量子模型的自由参数通过将分析结果与众所周知的宏观响应函数相匹配来确定。在热电磁场中的悬浮纳米颗粒的内能的时间演化，如我们的模型所描述的，定性地不同于宏观电动力学，预测，可以通过实验测试。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum tunneling-enhanced charging of nanoparticles in plasmas
在准经典近似下，针对不同的等离子体电子分布函数、等离子体参数和晶粒尺寸，分析了量子隧穿效应在各向同性等离子体中带负电荷的晶粒吸积电流中的作用.它表明，这种贡献可以很小，（可忽略不计）相对较大（微米级）尘埃颗粒在等离子体与电子温度的几个电子伏特的顺序，但成为重要的纳米级尘埃颗粒（直径数十至数百纳米）在冷和超冷等离子体中（电子温度~数十至数百开尔文），尤其是在电子能量分布中具有耗尽的高能“尾部”的等离子体中。
2010-07-06 physics.plasm-ph quant-ph
Coherent preparation of the biexciton state in a semiconductor quantum dot coupled to a metallic nanoparticle
研究了在双曲正割电磁脉冲作用下，半导体量子点与金属纳米粒子耦合时，粒子布居向双激子态的受控转移，并推导了双激子能移为零和非零时的密度矩阵方程的解析解.这些解决方案导致有效的转移到双激子状态，为各种粒子间的距离，包括相对较小的值。在某些情况下，当两个粒子之间的距离很小时，由于表面等离子体激元对激子的影响，布居数的转移被强烈地修改，并且这种效果对于较短的脉冲更明显。我们研究的混合snanowires已被提出用于产生有效的偏振纠缠光子，因此，成功的双激子态制备在这里被认为是在这方面的研究作出贡献。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum noise limited nanoparticle detection with exposed-core fiber
无标记生物传感器是临床诊断和在单分子水平上研究生物学的重要工具。光学无标记传感器的发展允许极端的灵敏度，但可能会使生物样品暴露于光损伤。此外，这些传感器的脆弱性和复杂性可能会阻碍应用。为了克服这些问题，我们开发了一种量子噪声限制的暴露芯光纤传感器，为无标记生物传感提供了一个强大的平台，并为微流体集成提供了一条自然的途径。我们证明了检测单个纳米粒子的半径下降到25 nm的光强度低于已知的生物物理损伤阈值。
2019-04-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Optical levitation of fluorescent silicon carbide nanoparticles in vacuum
本文在真空中稳定光悬浮含单光子发射体的3C型SiC纳米颗粒，验证其荧光保持，并研究低压损失与热退火增强捕获稳定性。
2025-04-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Large spatial Schrodinger cat using a levitated ferrimagnetic nanoparticle
叠加原理是量子力学的主要原理之一。尽管它是反直觉的，但它已经用电子、光子、原子和分子进行了实验验证。然而，使用纳米或微米颗粒的类似实验演示是不存在的。在这封信中，利用宏观量子相干性和量子隧穿，我们提出了一个实验，使用悬浮的磁性纳米粒子来证明这种效果。结果表明，$20~$ nm亚铁磁性钇铁石榴石（YIG）纳米粒子的离域波包之间的空间间隔可以达到$5~$ $μ$ m.我们认为，这种大的空间分离可以用来测试不同的修改，如崩溃模型的标准量子力学。此外，我们表明，空间叠加的核壳结构，一个YIG核和一个非磁性的二氧化硅壳，可以用来探测量子引力。
2020-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Modelling Quantum Mechanical Processes by Processes Energy Distribution of Inner Oscillations of a Nanoparticle in the Phase Space
考虑了在一定温度下，当纳米粒子在热平衡介质中运动时，其相空间内的内谐振荡能量分布的计算问题。假设粒子在介质和势函数所给力场的作用下服从布朗运动。在本文中，我们提供和研究的方程描述的问题，推广的Klein-Kramers方程。结果表明，当介质电阻较大时，纳米粒子内谐振荡的能量分布过程表现为一个快跃迁过程和一个慢跃迁过程的组合。在快速过渡过程之后，系统进入准稳态。慢过程近似地由用于描述量子过程的标准薛定谔方程描述。因此，所研究的过程可以作为量子过程的模型。
2016-10-03 math-ph math.MP quant-ph
Motional Quantum Ground State of a Levitated Nanoparticle from Room Temperature
我们报道了室温下悬浮纳米粒子的量子基态冷却。使用相干散射到光学腔中，我们将$143$ nm直径的二氧化硅颗粒的质心运动冷却超过$7$数量级到沿腔轴的$n_x=0.43\pm0.03$声子，对应于$12~μ$ K的温度。我们推断的加热速率为$Γ_x/2π= 21\pm 3$ kHz，这将导致$7.6~μ$ s的相干时间-或$15$相干振荡-而粒子在$10^{-6}$ mbar的压力下被光学捕获。推断出的$g_x/2π= 71$ kHz的光机耦合率将系统很好地置于强协同性（$C \approx 5$）的范围内。我们预计，超高真空与自由落体动力学的结合将使这种纳米粒子的时空相干性进一步扩大几个数量级，从而为宏观量子实验开辟新的机会。
2019-11-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Plexcitonic quantum light emission from nanoparticle-on-mirror cavities
我们研究了由一个单量子发射体填充的镜上纳米粒子腔所发射的光的量子光学性质。受最近实验的启发，我们建立了暗场模型，并探讨了掠射激光照射下散射光的光子统计特性。利用麦克斯韦方程组的解析解，我们计算了纳米光子腔场，并描述了系统中等离子激元极化激元（或plexcitons）的形成。通过这种方式，我们揭示了纳米腔丰富的等离子体光谱为非经典光的产生提供了未经探索的机制，这种机制比发射器自然跃迁和最亮光学模式之间的共振相互作用更有效。具体来说，我们发现三种不同的样品配置中产生强烈的反聚束光。最后，我们通过在平台中引入第二个发射器可以进一步增强光子相关性来说明我们方法的强大功能。
2021-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear generation of quantum-entangled photons from high-Q states in dielectric nanoparticles
我们发展了亚波长介质粒子自发参量下转换非线性产生纠缠光子的多极理论。我们表明，光激发与高品质的超腔模式的砷化铝镓（AlGaAs）纳米盘共振导致强烈增强的纠缠光子对产生与电和磁偶极子模式。我们严格的数值计算结果证实了一个分析模型，普遍描述形成的高$Q$共振态和暗态由于父多极子，即磁偶极子和磁八极子的干扰和相互作用。我们的发现和描述可以指导量子和非线性纳米光子学的应用。
2018-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
