Simulating one-dimensional systems with stationary Rydberg dark polaritons
里德伯原子的电磁感应透明（EIT）使得原子之间的强相互作用能够通过光脉冲来控制和测量。因此，里德伯暗极化激元是一个很有前途的量子模拟平台。特别感兴趣的是一维系统的模拟，已知表现出独特的性能相比，他们的高维同行。标准EIT的一个限制是，降低极化激元群速度以使暗极化激元静止也意味着激活强里德伯相互作用。为了实现极化激元速度和相互作用强度的独立控制，我们提出了一个稳定的光方案，使里德堡极化激元静止。这使得它们主要保持光子，因此，非相互作用，里德伯相互作用被打开之前。一旦激活，在稀释制度和强横向限制的存在下，里德伯原子的强极化率引起极化激元之间的有效接触相互作用。通过调整定态光方案的各种参数，可以调整有效的一维散射长度以产生各种物理，包括当极化激元表现出费米子行为时的Tonks-Girardeau气体的状态。我们概述了一个协议来观察相邻极化激元之间的空间相关性。
2018-03-20 physics.atom-ph quant-ph
Single photonic qutrit in a collective Rydberg polariton
本文在 Rydberg 系综中利用电磁诱导透明、微波耦合和 Ramsey 干涉测量实现微秒级单光子 qutrit 的相干制备、操控与读出。
2024-12-04 quant-ph
Observation of Cavity Rydberg Polaritons
我们证明了杂交的光腔光子与原子里德伯激发使用电磁诱导透明（EIT）。由此产生的暗态里德伯极化激元表现出压缩的频谱和增强的寿命，表明强的轻物质混合。研究了腔里德伯极化激元的相干特性，确定了光学腔的广义EIT线宽。强集体耦合抑制极化激元损失由于非均匀加宽，我们证明了通过使用不同的里德堡能级的极化率范围。我们的研究结果指出了使用腔里德伯极化激元作为创建光子量子材料的平台的方向。
2015-11-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rydberg polaritons in a thermal vapor
我们提出了一个脉冲四波混频（FWM）方案，通过一个里德堡态来创建，存储和检索集体里德堡极化激元。该存储介质由限制在220 μm厚的盒中的热Rb原子的气体组成，这些热Rb原子被加热到室温以上。实验序列包括通过D1线的里德堡极化激元的脉冲激发，可变延迟或存储时间，以及通过D2线的最终检索脉冲。里德伯极化激元的寿命约为1.2 ns，几乎完全受激发带宽和原子相应的运动退相的限制。所提出的方案结合了一个严格限制的原子系综是一个很好的候选人，一个确定性的单光子源，只要强相互作用在里德伯封锁方面被添加。
2016-03-18 physics.atom-ph quant-ph
Driven dissipative preparation of few-body Laughlin states of Rydberg polaritons in twisted cavities
我们提出了一个驱动耗散的协议，用于创建一个光学模拟的劳克林态的里德伯极化激元系统中的扭曲光学腔。我们设想通过以精心选择的模式注入光子来共振驱动系统进入4-极化子状态。极化激元-极化激元相互作用的耗散性质导致衰减成劳克林态的双极化激元模拟物。这种技术的推广可用于探索分数统计和基于任意子的量子信息处理。我们还模拟了最近的实验，试图连贯地进入这种相同的状态。
2021-07-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Generating non-Gaussian states using collisions between Rydberg polaritons
利用里德伯极化激元间碰撞相互作用产生的巨非线性效应，从理论上研究了具有负维格纳函数的量子态的确定性产生。由极化激元相互作用产生的状态可以高保真度地转移到光子状态，其可以使用零差检测随后进行量子断层扫描来分析。除了产生高度非经典态的光，这种方法也可以提供一个非常敏感的探针的物理碰撞涉及里德伯态。
2012-03-30 physics.atom-ph quant-ph
Scattering resonances and bound states for strongly interacting Rydberg polaritons
我们提供了一个理论框架，描述慢光极化激元通过原子里德伯态相互作用。我们用图解法解析地导出了两个极化激元的散射性质。我们确定参数制度，极化激元极化激元相互作用是排斥的。此外，在制度的吸引力的相互作用，我们确定多个双极化激元束缚态，计算它们的色散，并研究由此产生的散射共振。最后，两粒子散射性质使我们能够推导出有效的低能多体哈密顿量。该理论平台适用于正在进行的实验。
2014-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Three-body interaction of Rydberg slow light polaritons
在电磁感应透明条件附近，研究了原子介质中三光子与里德伯态耦合的系统。基于对远失谐区微观方程组的解析分析，导出了这些里德伯极化激元的有效三体相互作用。对于慢光极化激元，我们发现了一个很强的三体排斥，具有三个极化激元在短距离内基本上不相互作用的显著性质。通过分析，我们得到了三体排斥对光子在一维原子云中传播的束缚态和关联函数的影响。
2016-08-08 cond-mat.quant-gas quant-ph
Exploiting Rydberg Atom Surface Phonon Polariton Coupling for Single Photon Subtraction
我们研究了一个超原子与表面声子-极化激元耦合的混合量子系统。我们应用这个混合量子系统从一束光中减去单个光子。里德伯原子阻塞被用来实现原子微阱对单个光子的吸收。表面声子-极化激元耦合到超原子，然后触发激发转移到一个存储状态，一个单一的里德伯原子。该方法利用超原子和马尔可夫浴之间的相互作用，作为一个受控的退相干机制，不可逆地投影到一个单一的里德伯原子状态，可以读出的超原子状态。
2013-09-03 physics.atom-ph quant-ph
Polariton Exchange Interactions in Multichannel Optical Networks
我们研究了在多个空间模式中传播的具有偶极相互作用的里德伯极化激元的动力学。不同里德伯态之间的偶极激发交换介导了极化激元之间的有效交换，使光子能够跨越不同的空间通道。值得注意的是，这种光子交换过程的效率可以随着通道距离的增加而增加，并且在有限的轨道间隔处变得最佳。基于这种机制，我们设计了一个简单的光子网络，实现了一个强大的$π$ -相位的双光子量子门，保护底层的光子相互作用和网络的几何形状的对称性。这些能力扩展了里德堡电磁诱导透明的范围，使其朝着非线性光学网络的多维几何和光子多体物理的探索方向发展。
2019-09-16 quant-ph
Few-body quantum physics with strongly interacting Rydberg polaritons
我们提出了我们最近论文的扩展[Bienias等人，Phys. Rev. A 90，053804（2014）]，其中我们证明了两个Rydberg极化激元的散射性质和束缚态结构，以及有效低能多体哈密顿量的推导。在这里，我们推导出一个微观哈密顿描述的传播里德伯慢光极化激元在一维。我们描述了可能的退相干过程中的主方程的方法，并推导出运动方程的薛定谔图片通过使用一个有效的非厄米哈密顿。我们举例说明图解方法上的两个例子：首先，我们显示了一个单一的极化激元在外部潜在的费曼图的精确求和的解决方案。其次，我们精确地求解了弱相互作用下的两体问题。
2016-08-04 physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic flux insertion and growing of Laughlin states of cavity Rydberg polaritons
最近，在Nature \textbf{534}，671（2016）中已经证明了扭曲腔中光子朗道能级的产生。在这里，我们提出了一个方案，通过耦合光子通过磁通螺纹锥存在于这样的腔设置，以并行传输通量量子的倍数$3\hbar$同时到所有的腔光子。通量转移是利用具有轨道角动量的外部光场和近共振稠密原子介质作为介质来实现的。此外，耦合腔场的里德堡态的配置支持电磁感应透明，分数量子霍尔态可以制备。为此，使用由通量插入序列和随后的单光子插入步骤组成的生长协议。我们具体讨论的成长的$ν=1/2$玻色子劳克林状态，我们首先重复磁通插入两次创建一个双准孔激发。然后，使用相干泵浦和里德伯阻塞来重新填充空穴。
2018-03-12 quant-ph
Steady-state superradiance with Rydberg polaritons
稳态超辐射激光器可以产生超窄线宽的光，在量子信息和精密计量等领域有着重要的应用。然而，这种激光器产生的光本质上仍然是经典的。在这里，我们表明，里德伯介质的引入到一个腔中含有原子与一个狭窄的光学跃迁可以导致超窄线宽$nonclassical$光的稳态超辐射发射。由里德伯介质引起的腔非线性强烈地改变了超辐射阈值，并导致腔输出光谱$-$中出现了一个Mollow三重态。这种行为可以理解为共振荧光的一种不寻常的模拟。腔输出光谱具有非常尖锐的中心峰，其线宽可以远窄于经典超辐射激光器的线宽。这种前所未有的光谱清晰度，加上光的非经典性质，可能会导致新的应用，其中光谱纯$quantum$光是理想的。
2016-11-02 quant-ph
Quantum many-body dynamics of driven-dissipative Rydberg polaritons
研究了强相互作用里德堡极化激元在一维光晶格中通过原子介质的传输。在实际的假设下，我们导出了一个有效的单带哈伯德模型来描述暗态极化激元的动力学。在这个模型中，我们分析了通过系统的驱动-耗散传输的极化激元考虑一个相干驱动的一侧，并包括自发发射的亚稳里德堡态。用变分方法求解多体问题，我们发现尽管里德伯态衰变有损失，但出射光子仍有很强的反聚束。
2020-03-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A Weakly-Interacting Many-Body System of Rydberg Polaritons Based on Electromagnetically Induced Transparency
基于电磁感应透明效应，我们提出利用具有高光学深度（OD）和低主量子数里德堡态（$n$）的介质来建立弱相互作用的里德堡极化激元多体系统.实验验证了平均场方法对弱相互作用里德伯极化激元的计算，并观察到了由偶极-偶极相互作用（DDI）引起的相移和衰减。DDI引起的相移或衰减可以看作是里德伯极化激元之间的弹性或非弹性碰撞的结果。利用一个弱相互作用系统，我们进一步观察到，较大的DDI强度使系统出口处的Rydberg极化激元动量分布宽度明显小于入口处的Rydberg极化激元动量分布宽度.在这项研究中，我们采取了$n =32$和原子（或极化激元）密度为5 $\times10^{10}$（或2 $\times10^{9}$）cm $^{-3}$。观测结果表明，弹性碰撞足以驱动这个弱相互作用多体系统的热化过程。高OD EIT介质产生的$μ$ s-长相互作用时间和DDI产生的$μ$ m $^2$ -尺寸碰撞截面的结合为里德伯极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚提供了一个新的可行的平台.
2021-05-25 physics.atom-ph quant-ph
Effective Field Theory for Rydberg Polaritons
我们发展了一个有效场论（EFT）来描述一维里德堡极化激元的少体和多体传输。我们表明，通过里德堡介质的光子传输可以通过映射的传播问题的非平衡淬火，时间和空间的作用是颠倒的。我们包括有效的范围内的EFT校正，并表明它们占主导地位的动态附近的散射共振深束缚态的存在下。最后，我们展示了如何长程性质的里德伯-里德伯相互作用诱导强有效的$N$体之间的里德伯极化激元的相互作用。这些结果为利用里德伯极化激元研究量子场论中的非微扰效应铺平了道路。
2016-08-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Storage and control of optical photons using Rydberg polaritons
我们利用微波场来控制储存在冷原子云中的可见光子的量子态。光子存储在高度激发的集体态（里德伯极化激元）中，从而实现快速量子比特旋转和光子-光子相互作用的控制。通过这些赝自旋旋转的集体读出，它表明，微波场修改的极化激元之间的长程相互作用。这种技术提供了一个强大的微波和光学域之间的接口，在量子模拟的自旋液体，量子精密测量和量子网络的应用。
2012-12-22 physics.atom-ph quant-ph
Sub-Poissonian statistics of Rydberg-interacting dark-state polaritons
在量子水平上连接光和物质是现代原子和光学物理学的核心，并使涉及操纵单光子和原子的新量子技术成为可能。一个典型的原子-光界面是电磁感应透明，其中量子干涉产生光子和原子的混合态，称为暗态极化激元。我们已经观察到个别的暗态极化激元，因为他们通过一个超冷原子气体涉及里德堡态传播。里德伯原子之间的强长程相互作用对暗态极化激元产生了有效的相互作用阻断，导致了较大的光学非线性和修正的极化激元数统计.观测到的统计涨落远低于量子噪声极限，表明由强相互作用修改的光子关联对里德伯原子统计有显著的反作用。
2013-05-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Controlling Rydberg atom-polariton interactions: from exceptional points to fast readout
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
本研究通过实验探索Rydberg极子与单个Rydberg原子的相互作用，发现三种量子动力学区域，并展示了其在快速非破坏性检测和非线性光子网络中的应用潜力。
2026-01-09 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Fractional Quantum Hall States of Rydberg Polaritons
提出了一种实现分数量子霍尔态的方案。在我们的方案中，两个偏振态的光子耦合到不同的原子里德伯态，形成两种风格的里德伯极化激元，表现为一个有效的自旋。与原子云重叠的光学腔模阵列使得能够实现有效的自旋1/2晶格。我们表明，这样的极化激元之间的偶极相互作用，从里德堡态继承，可以利用创建一个平面，拓扑带一个单一的自旋翻转激发。在半填充时，这会产生光子（或极化激元）分数陈氏绝缘体-一种基于晶格的分数量子霍尔态光。
2014-11-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
The rise and fall of patterns in driven-dissipative Rydberg polaritons
研究驱动-耗散 Rydberg 极化激元系统中的非平衡动力学，揭示了调制不稳定性引发微米级密度模式的形成与坍塌机制，并给出了非相干泵浦下形成稳定模式的条件。
2023-11-25 cond-mat.quant-gas nlin.PS quant-ph
Two photon conditional phase gate based on Rydberg slow light polaritons
分析了在电磁感应透明条件下，两光子作为极化激元通过里德伯原子云反向传播的确定性量子相位门的保真度。我们提供的量子门的相移的分析结果，并提供了一个估计所有的过程，导致减少门保真度。特别是考虑了中间能级损耗、光子波包色散、散射到附加极化激元通道、里德堡态有限寿命以及波包横向尺寸的影响。我们表明，平坦的有效相互作用，所造成的封锁现象，抑制由于有限的横向尺寸的修正。与其他方法相比，这是Rydberg-EIT设置的优势。最后，我们给出了利用里德伯极化激元实现高保真度量子相位门的实验要求。
2019-09-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Mean field theory of weakly-interacting Rydberg polaritons in the EIT system based on the nearest-neighbor distribution
电磁感应透明（EIT）效应中的高光学非线性和里德伯态原子间的强电偶极-偶极相互作用（DDI）的结合在量子信息处理和多体物理中有着重要的应用。人们可以利用强相互作用机制中的Rydberg-EIT系统来介导光子-光子相互作用或量子比特-量子比特操作。在弱相互作用下，我们也可以利用Rydberg-EIT系统来研究Rydberg极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚。现有的理论模型大多是针对强相互作用的情形。在这里，我们考虑弱相互作用制度，并开发一个平均场模型的基础上最近邻分布。利用平均场模型，我们进一步导出了输出探测场的衰减系数和相移的解析公式。在弱相互作用区，计算结果与实验数据吻合较好，验证了模型的正确性。由于DDI引起的相移和衰减可以看作是粒子间弹性碰撞和非弹性碰撞的结果，这项工作提供了一个非常有用的工具，构思有关的想法EIT系统的弱相互作用里德伯极化激元，并评估实验的可行性。
2020-09-11 physics.atom-ph quant-ph
Storage enhanced nonlinearities in a cold atomic Rydberg ensemble
电磁感应透明（EIT）与里德伯原子之间的非线性相互作用的结合提供了光子之间的有效相互作用。在本文中，我们研究了冷原子系综中作为集体里德伯原子激发的光脉冲的存储。通过测量存储的里德伯极化激元的动力学，我们实验证明，存储探测脉冲作为里德伯极化激元强烈增强里德伯介导的相互作用相比，慢传播的情况下。我们表明，该过程的特点是由两个时间尺度。在短的存储时间，我们观察到一个强大的增强的相互作用，由于减少的里德伯极化激元群速度下降到零。对于较长的存储时间，我们观察到一个进一步的，较弱的增强占主导地位的里德堡诱导的多粒子组件的状态的退相。在这个制度下，我们观察到的里德伯极化激元相干时间与输入光子数的非线性依赖。我们的研究结果在里德伯量子光学有直接的后果，并使强相互作用里德伯系统的新理论的测试。
2016-09-26 physics.atom-ph quant-ph
Cavity polaritons with Rydberg blockade and long-range interactions
我们研究了光子与腔体内光晶格中的二能级原子阵列中的集体激发强耦合时产生的极化激元之间的相互作用。我们考虑原子之间的两种相互作用：偶极力和原子饱和度，范围从硬核排斥到里德堡封锁。我们发现，尽管在原子激发子系统中的基本排斥，饱和诱导的宽带聚束的光子的两个极化激元散射状态。我们解释这种聚束干涉的结果，并追溯到原子激发和光子的量子化体积的不匹配。我们还研究了束缚双极化激元态：这些包括由偶极力产生的状态，以及间隙双极化激元，其形成完全是由于原子跃迁中的饱和效应。这两种类型的束缚态在光子分量中表现出强聚束。我们讨论了聚束实验相关参数的依赖性。
2016-07-28 physics.atom-ph quant-ph
Transient dynamics of the quantum light retrieved from Rydberg polaritons
研究了在里德伯电磁诱导透明区中弱相干脉冲通过冷里德伯原子系综的光子统计特性。我们的实验表明，透射光的二阶自相关函数的值强烈依赖于脉冲内的位置，并在脉冲的瞬变过程中变化很大。特别是，我们表明，传输的脉冲的下降沿显示比脉冲的其余部分低得多的值。我们推导出一个理论模型，定量预测我们的结果，并解释所涉及的物理行为。最后，我们利用这种效应来产生单光子定位在一个脉冲内的原子系综。我们表明，通过选择只传输脉冲的最后一部分，单光子显示出低至0.12的反聚束参数和每审判的产生效率大于可能的概率产生方案与原子系综。
2020-11-25 physics.atom-ph quant-ph
Stationary three-dimensional entanglement via dissipative Rydberg pumping
我们推广了最近关于二分Bell单态的结果[Carr和Saffman，Phys. Rev. Lett. { \bf 111}，（2013）]中的一个例子，两个独立的中性里德伯原子之间的静态三维纠缠。该方案充分利用了里德伯介导相互作用提供的相干动力学和里德伯态自发发射产生的耗散因子。对主方程的数值模拟表明，目标态负性${\cal N}(\hatρ_{\infty})$和保真度${\cal F}(\hatρ_{\infty})$均能超过99.90%.此外，稳定的三原子单重态$|S_3\rangle$也可以基于相同的机制实现。
2014-04-30 quant-ph
Emergence of stationary many-body entanglement in driven-dissipative Rydberg lattice gases
非平衡态量子动力学代表了凝聚态物理、量子信息科学和统计力学的一个新兴范式。强相互作用里德伯原子为研究具有长程序的量子自旋模型的驱动耗散动力学提供了一个有吸引力的平台。在这里，我们探讨的条件下，固定的多体纠缠持续近单位保真度和高可扩展性。在我们的方法中，相干多体动力学是由里德伯介导的激光跃迁驱动的，而晶格边界处的原子减少了多体状态的熵。令人惊讶的是，多体纠缠是通过不断地向稳态演化一个局部耗散的里德伯系统，与光泵浦。利用量子测不准关系刻画了一维晶格中多体纠缠的动力学行为，并证明了在有限尺寸标度下的定态纠缠的长程行为，在实验条件下达到了“百体”纠缠.我们的工作开辟了一条途径，朝着耗散制备多体纠缠与前所未有的标度行为。
2014-05-29 quant-ph
Dark-State Polaritons for multi-component and stationary light fields
本文提出了一个在电磁感应透明条件下，确定多束探测激光与相干驱动原子系综相互作用的无损耗绝热本征解（暗态极化激元）的一般方案。为此，我们推广的莫里斯-肖尔变换线性化海森堡-朗之万方程描述耦合轻物质系统的弱激发极限。对于简单的Morris-Shore型耦合方案，广义Morris-Shore变换再现了慢光的暗态极化激元解。在这里，我们对待一个闭环双V计划，其中两个反向传播的控制领域产生一个准静态模式的两个反向传播的探测领域-所谓的静态光。我们发现，与以前的预测相反，存在一个唯一的暗态极化激元，它服从一个简单的传播方程。
2008-06-17 quant-ph
Coherent photon manipulation in interacting atomic ensembles
在冷原子气体中，光子与里德伯激发的耦合在单个光量子的水平上产生了前所未有的大的光学非线性，其中附近暗态极化激元的形成被里德伯原子之间的强相互作用阻挡。然而，这种阻断机制实现了固有的耗散非线性，这限制了实际应用的性能。在这项工作中，我们提出了一种新的方法，通过一个很大程度上相干的机制，大大抑制光子损失的强光子相互作用。而不是一个极化激元封锁，它是基于不同类型的暗态极化激元与不同的传播特性之间的相互作用引起的转换。我们概述了这种方法的具体实施，并表明，它允许把一个单一的光子变成一个有效的镜子，具有强大的和连续可调的反射相位。我们描述了潜在的应用，包括详细讨论可实现的操作系统。
2017-02-13 quant-ph
Intracavity Rydberg atom electromagnetically induced transparency using a high finesse optical cavity
利用高精细光学腔（$F \sim 28000$）对腔辅助里德伯原子电磁感应透明（EIT）进行了实验研究。里德伯原子通过双光子跃迁在梯形EIT组态中被激发。当在腔体内产生里德伯EIT时，观察到腔体透射谱的三峰结构。两个对称间隔的侧峰由亮态极化激元引起，而中心峰对应于暗态极化激元。在不同的实验条件下，研究了反交叉现象和镜像电场的影响。我们确定了一个下限的相干时间为系统的$7.26 \pm 0.06 \,μ$ s，最有可能受到激光退相。腔-里德伯EIT系统可用于使用里德伯阻断效应的单光子产生、研究多体物理以及产生新颖的量子态以及许多其它应用。
2017-07-10 physics.atom-ph quant-ph
Wigner Crystallization of Single Photons in Cold Rydberg Ensemble
在电磁感应透明（EIT）条件下，弱光场与原子里德伯态的耦合导致里德伯极化激元的形成。里德伯极化激元是一种具有可调有效质量和长程相互作用的准粒子。局限于一个空间维度，他们的低能物理是一个移动框架的Luttinger液体，由于排斥相互作用的长程特征，可以形成维格纳晶体。我们使用密度矩阵重整化群（DMRG）模拟计算了Luttinger $K$参数，发现在典型的慢光条件下，动能的贡献对于晶体的形成来说太强了.然而，通过将光脉冲转变为稳定的自旋激发来动态地增加极化激元质量允许在有限长度上产生真正的晶体有序。这个过程的动力学和渐近相关性进行了分析，在一个随时间变化的Luttinger理论。
2013-07-16 cond-mat.quant-gas quant-ph
Effective magnetic fields for stationary light
我们描述了一种方法来创建有效的规范位在两个或三个空间维度的定态光极化激元。当静止光在与一个均匀旋转的相干驱动双$Λ$原子系综的相互作用中产生时，其运动方程就是一个大质量薛定谔粒子在有效磁场中的运动方程。此外，排斥标量势出现，但可以补偿的空间依赖失谐。由于极化激元的有效相互作用面积可以做得很大，所以可以产生简并度远高于100的简并朗道能级。这为研究相互作用的定态光极化激元的分数量子霍尔效应的玻色子模拟提供了可能。
2009-09-30 quant-ph
Giant optical nonlinearities from Rydberg-excitons in semiconductor microcavities
半导体量子阱激子和腔光子的混合激发--激子-极化激元的实现具有重要的技术和科学意义。特别是，激子之间的短程碰撞相互作用，使探索到一个丰富的非平衡和流体动力学效应，出现在弱非线性极化激元凝聚。然而，增强光学非线性的能力将使量子光子学应用成为可能，并在可扩展和可工程化的固态环境中开辟光子多体物理学的新领域。在这里，我们概述了一条路线，利用激子之间的巨大相互作用在里德伯态腔耦合半导体的能力。我们证明，在这样的系统中的光学非线性可以大大提高了几个数量级，并诱导单光子水平的非线性过程。
2017-11-05 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Master equation approach for interacting slow- and stationary-light polaritons
提出了一种描述相干驱动原子介质中暗态极化激元的主方程方法。这种技术提供了一个描述的光-物质相互作用的条件下的电磁感应透明（EIT）是非常适合的治疗极化激元损失。主方程的方法使我们能够描述一般的极化激元极化激元相互作用，可能是保守的，耗散或两者的混合。特别是，它使我们能够研究耗散引起的相关性作为一种手段，用于创建强相关极化激元系统。我们的技术揭示了迄今为止尚未讨论的定态光极化激元的损耗机制。我们发现非简并基态的能级结构中的极化激元损耗可以是简并基态的能级结构中的极化激元损耗的倍数。
2010-09-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Correlated photon dynamics in dissipative Rydberg media
在电磁感应透明条件下，光密原子介质中的里德伯阻塞物理导致了单光子间强耗散相互作用。我们介绍了一种新的方法来分析这个具有挑战性的多体问题的限制，大的光学深度每封锁半径。在我们的方法中，我们将单极子EIT物理与Rydberg-Rydberg相互作用以序列化的方式分开，同时使用硬球模型，从而捕获光的二元粒子波性质，因为它表现在耗散Rydberg-EIT介质中。使用这种方法，我们分析了饱和行为的传输通过一维Rydberg-EIT介质的制度的非微扰耗散相互作用相关的电流实验。我们的模型能够捕捉到明亮的多体动力学，相干脉冲通过这些强相互作用的介质。我们比较我们的模型与现有的实验数据在这个政权，并找到很好的协议。我们还分析了从连续波输入产生规则的单光子序列的方案，并推导出在不完美的单光子EIT存在下的标度行为。
2018-06-14 quant-ph
Dipolar Bose-Einstein condensate of Stationary-Light Dark-state Polaritons
提出并详细讨论了一种实现定态光暗态极化激元在偶极相互作用下的玻色-爱因斯坦凝聚的方案。为此，我们在冷冻气体近似下引入了里德伯原子蒸气中的类金刚石耦合方案。为了确定系统的动力学，我们采用正常模式，并确定暗态极化激元对应的模式之一。我们发现，与原子偶极超冷蒸汽相比，本文提出的暗态极化子玻色-爱因斯坦凝聚体在负偶极相互作用常数下是稳定的。
2011-03-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Bose-Einstein condensation of stationary-light polaritons
提出并分析了稳态暗态极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚机制。暗态极化激元（DSP）是在光与激光驱动的三能级原子相互作用中形成的，是电磁感应透明（EIT）、超慢光和存储光等现象的基础。它们具有很长的固有寿命，并且在具有两个相等强度的反向传播控制场的静止设置中具有可变有效质量的3D二次色散分布。由于DSP是玻色子，它们可以在比原子大许多数量级的临界温度下经历玻色-爱因斯坦凝聚。我们表明，极化激元的热化可以发生通过弹性碰撞介导的共振增强的光学克尔非线性的时间尺度短的衰减时间相比。最后，可以通过将静止的极化激元转变为传播的极化激元并监测发射的光来观察凝聚。
2008-07-22 cond-mat.other quant-ph
Self-organized PT-symmetry of exciton-polariton condensate in a double-well potential
研究了双势阱中半导体激子-极化激元凝聚体的动力学和定态。我们发现，在人口建立的极化激元的阈值以上的激光泵浦，相干弛豫由于相位波动的极化激元驱动系统到一个稳定的固定点对应于自组织PT对称相位。
2021-08-13 quant-ph
Direct Imaging of Slow, Stored, and Stationary EIT Polaritons
稳态和慢光效应在量子信息应用中具有重要意义。使用激光冷却的Rb 87原子，我们已经进行了侧成像我们的原子系综在缓慢和稳定的光条件下，这允许直接与数值模型进行比较。使用电磁感应透明（EIT）产生的偏振，与使用反向传播的控制场产生的稳定的光。通过控制两个控制场的功率比，我们可以很好地控制定态光的群速度。我们还比较了使用单色和双色控制场的稳态光的动力学。我们的研究结果表明，这两种情况之间的差异可以忽略不计，与以前的工作EIT为基础的系统。
2017-06-26 physics.optics quant-ph
Photon-photon gate via the interaction between two collective Rydberg excitations
基于原子系综中两个定态集体里德伯激发之间的强相互作用，提出了一种确定性的双光子受控相位门方案。相互作用的距离依赖性导致了集体激发的动量位移和它们之间不必要的纠缠。我们表明，这些影响可以克服交换空间中的集体激发和优化的几何形状，从而在光子-光子门具有高保真度和效率。
2014-07-28 quant-ph
Trion-polaritons : How strong coupling to a cavity changes the orbital and spin properties of trions
与微腔强耦合的二维电子系统的基元光激发是三振子极化激元。使用变分方法，我们证明了库仑相互作用和轻物质耦合之间的竞争起着至关重要的作用，在确定最低能量的轨道和自旋性质的trion极化激元。当光-物质相互作用超过裸三重态束缚时，由于腔介导的自旋轨道效应，单重态和三重态三重态混合，这反过来又导致外层电子玻尔半径的强烈增加。在这种强腔耦合制度，三振子极化激元由一个激子极化激元包围一个弱束缚电子，是让人想起一个相干的里德伯激发。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental Demonstration of Stationary Dark-State Polaritons Dressed by Dipole-Dipole Interaction
实验演示了偶极-偶极相互作用修饰的稳态暗态极化子，其相移与理论一致，为实现高温三维玻色-爱因斯坦凝聚奠定基础。
2023-08-31 physics.atom-ph quant-ph
Diagrammatic treatment of few-photon scattering from a Rydberg blockaded atomic ensemble in a cavity
在以前的一封信中，我们研究了光学腔中里德伯原子介质的巨大光学非线性，在Schwinger-Keldysh形式主义。特别是，我们计算了非线性的贡献，通过腔传输的光的光谱。在这篇文章中，我们拼出这个计算的基本细节，我们展示了它如何可以扩展到更高的输入光子数，和高阶关联函数。作为相关的例子，我们计算和讨论了透射光的三光子关联函数，并从光腔中里德伯介质的极化激元能级的角度讨论了它的物理意义。
2018-03-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Microwave dressing of Rydberg dark states
研究了冷$^{87}$ Rb气体5s $\rightarrow$ 5 p $\rightarrow$ 46 s梯形系统的电磁感应透明（EIT）.我们发现46 s和45 p态之间的共振微波耦合导致EIT共振的Autler-Townes分裂。这种分裂可以用来通过$\pm 10^5$改变群指数，从而允许独立控制暗态极化激元的传播。我们还表明，微波敷料导致增强的相互作用的影响。特别是，我们提出了一个$1/R^3$能量之间的里德堡态共振耦合的微波场和随之而来的故障的成对相互作用近似的转移的证据。
2011-04-20 physics.atom-ph quant-ph
Cooling neutral atoms into maximal entanglement in the Rydberg blockade regime
提出了一种利用周期性集体激光泵浦和耗散相结合的冷却方案来制备里德堡封锁区中性原子的稳态纠缠。在每个循环中，受控的么正动力学过程可以选择性地将原子从非目标状态泵出，同时保持目标状态不变。随后的耗散过程通过工程自发发射重新分配基态的布居。经过多次循环后，系统将最终稳定到与初始状态无关的所需稳态。该方案不依赖于单个中性原子的相干寻址或里德伯相互作用强度的精细控制，原则上可以大大提高相关领域实验的可行性。
2022-08-17 quant-ph
Enhancement of Rydberg-mediated single-photon nonlinearities by electrically tuned Förster Resonances
通过电磁诱导透明将里德伯原子之间的强相互作用映射到单光子上，使得能够在单光子水平上操纵光，并且能够实现新颖的少光子器件，例如由单个光子操作的全光开关和晶体管。在这里，我们通过实验证明斯塔克调谐的福斯特共振可以大大增加单个光子之间的这种有效相互作用。该技术将单光子晶体管的增益提高到100以上，将单个里德伯原子的非破坏性检测增强到保真度超过0.8，并实现里德伯对态的高精度光谱学。在顶部，我们实现了大于2的增益与栅极光子读出晶体管操作后。里德伯极化激元在Förster共振上的传播和存储自旋波的投影的理论模型与我们的数据非常吻合，并成功地确定了里德伯晶体管的主要退相干机制，为光子量子门铺平了道路。
2016-09-14 physics.atom-ph quant-ph
Storage and retrieval of photons under their mutual interaction in Rydberg medium
在相干制备的里德伯原子系综中，在相邻位置处停止和再生一对单光子脉冲受到里德伯激发介导的有效相互作用的显著影响，并且类似的过程可以明显不同于表现出常见的里德伯阻塞的过程，如多光子光束在同一介质中的平稳传播。基于完整的动力学，我们揭示了详细的功能，在这样的过程中，通过发现如何在不同的情况下所涉及的量子场的轮廓演变。这些发现有助于确定实现光子门和晶体管的适当机制。此外，我们讨论了与快速变化的控制字段的非绝热校正，并说明了一种方法，恢复光子脉冲的原始振幅在其检索，除非他们在存储前严重阻尼。
2015-08-06 quant-ph
Theory for the stationary polariton response in the presence of vibrations
我们构建了一个模型，描述了一个混合系统中的电磁场-特别是表面等离子体激元-耦合强烈的原子或分子的电子激发的响应。我们的方法是基于量子光学的输入输出理论，特别是它考虑到分子的热和量子振动。后者在类似于动态库仑阻塞理论中所用的$P(E)$理论中描述。因此，我们能够包括的影响，分子斯托克斯位移的强耦合系统的响应。我们的模型，然后占不对称发射的上下极化激元模式。它还允许从强耦合系统的光发射的部分退相干的准确描述。我们的研究结果可以很容易地用于连接的响应的混合模式的发射和荧光特性的单个分子，因此是相关的理解任何利用这样的系统，如相干光捕获。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Manipulating photonic quantum states with long-range interactions
我们提出了一个在长程相互作用系统中引入多个光子模来相干操纵光子量子态的方案。非局域光子-光子相互作用的存在破坏了不同传播极化激元之间的能量或动量匹配条件，从而导致相应极化激元之间的有效耦合受阻。这种阻断机制保护系统免受相互作用引起的耗散，并实现高度可调的少光子非线性。以Rydberg原子系综为例，我们说明了几个有趣的现象的基础上提出的计划，例如，纠缠光子对的确定性产生、非线性光束分裂以及在单个光子之间建立可调谐的修饰相互作用。
2019-05-16 quant-ph
Quantum light from lossy semiconductor Rydberg excitons
本文证明仅与自由空间光模式弱耦合的半导体里德堡激子，通过微米级激发阻塞诱导成对极化激元散射，能产生强反聚束量子光，且在多种损耗和参数下持续存在，为观察弱耦合激子的量子统计铺平道路。
2022-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum thermodynamics of periodically driven polaritonic systems
本文研究了室温下定态周期驱动极化激元系统的能量分布和量子热力学。具体来说，我们考虑激子强烈耦合到谐振子和量化的能量重组这两个系统之间的相互作用作为耦合强度，驱动力和失谐的函数。在推导了弱环境相互作用下极化激元密度矩阵的量子主方程后，得到了耗散的时间传播子和平衡初态的长时间演化.这种方法提供了直接访问的定态，克服了在数值演化弱阻尼量子系统共振附近的困难，也提供了地图上的极化激元线形。然后，我们计算了谐波调制过程中的热力学性能，并证明了最大效率发生在谐振。我们还提供了一个表达式的不可逆热率和数值证明，这符合热力学定律。
2023-01-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon Devil's staircase: photon long-range repulsive interaction in lattices of coupled resonators with Rydberg atoms
实现单个光子之间的强相干相互作用是科学和工程中的一个长期目标。在这篇报告中，基于最近的实验装置，我们得到了一个强的光子长程排斥相互作用，通过控制位于扩展的Jaynes-Cummings-Hubbard晶格中的不同腔中的铯原子里德伯原子之间的范德华排斥力。我们还发现了这种光子长程排斥相互作用引起的新的量子相位。例如，如果没有光子跳跃，由长程平移对称性破缺引起的光子魔鬼楼梯就会出现。如果光子跳跃发生，我们预测光子浮动的固相，由于粒子和空穴状缺陷的运动。更重要的是，对于共振情况下的大化学势，即使存在跳跃项，光子跳跃也可以被冻结。我们称这个新相为光子冻结固相。在实验中，这些预测的相位可以通过共振荧光测量极化激元的数量来检测。
2015-06-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Resonant enhancement of three-body loss between strongly interacting photons
里德伯极化激元提供了一个罕见的系统类型的例子，其中三体相互作用可以与两体相互作用一样强，甚至更强。三体相互作用可以是色散的或耗散的，这两种类型都可能产生奇异的、强相互作用的和拓扑的物质相。尽管过去的理论和实验研究与色散相互作用的制度，耗散制度仍然是大多未探索。利用重整化群方法求解三体薛定谔方程，我们证明了耗散三体力的形状和强度是如何普遍增强的里德伯极化激元。我们展示了这些相互作用如何与通过单模腔的传输有关，这可以在当前的实验中用作三体物理的探针。
2020-10-19 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
