Collective radiance with NV centers coupled to nonlinear phononic waveguides
集体辐射是量子光学中的一个基本现象。然而，这些辐射效应在量子声学领域中仍然很大程度上未被探索。在这项工作中，我们研究了与NV中心耦合的非线性声子波导中的超关联辐射效应。当自旋的频率低于散射连续谱，但在声子波导的束缚态带内时，单个NV中心耗散缓慢，但两个NV中心可以表现出快速的指数衰减。当考虑多个NV自旋时，超相关辐射以比Dicke超辐射快N倍的速率发生。超关联辐射中态分布的峰值直接从$|m=N/2\rangle$跳到$|m=-N/2\rangle$，区别于超关联辐射中峰值的连续移动。这项工作提供了更深入的了解集体辐射效应，并可能会发现有趣的应用在量子信息处理。
2021-10-06 quant-ph
Phononic waveguide assisted steady state entanglement of SiV centers
多粒子纠缠对于量子精密测量和量子信息处理具有重要意义。在这里，我们提出了一个有效的计划，以产生稳定的多粒子纠缠在固态设置，其中硅空位中心的阵列嵌入在准一维声学金刚石波导。在该方案中，声子模的连续性诱导SiV中心之间的可控耗散耦合。我们表明，通过适当选择的SiV中心之间的距离，偶极-偶极相互作用可以关闭由于相消干涉，从而实现了Dicke超辐射模型。这导致了具有高结晶度的SiV中心的纠缠稳态。该方案为在固态系统中产生多粒子纠缠提供了一种可行的方案。
2020-03-01 quant-ph
A single-photon emitter coupled to a phononic-crystal resonator in the resolved-sideband regime
本研究将自组装InAs量子点耦合到小模式体积声子晶体谐振器，在大耦合速率与高机械品质因数下达到分辨边带 regime，观测到两系统相互作用，推进了单光子发射器调控机械谐振器的量子控制研究。
2023-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Reconfigurable quantum phononic circuits via piezo-acoustomechanical interactions
我们表明，压电应变驱动声机械相互作用可以产生大的相速度变化，在现有的量子声子平台：氮化铝悬浮硅。使用有限元分析，我们展示了一个压电声机械移相器波导能够产生+/-π相移GHz频率的声子在10秒的微米与10秒的电压施加。然后，使用移相器作为积木，我们展示了几个声子集成电路元件有用的量子信息处理。特别是，我们展示了如何构建可编程的多模干涉仪的线性声子处理和动态可重构的声子存储器，可以切换之间的超长寿命状态和状态强烈耦合到其总线波导。从可重构声子存储器的全开放量子系统的主方程出发，我们证明了对于指数衰减的脉冲，可以以超过90%的量子态传输保真度执行“读”和“写”操作。
2021-06-14 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
Diamond Phononic Crystal Spin-Mechanical Resonators with Spectrally Stable Nitrogen Vacancy Centers
我们报道了嵌入二维声子晶体正方晶格中的金刚石自旋机械谐振器的设计和制造。矩形谐振器具有GHz的面内压缩模式的保护的声子带隙的正方形晶格。一个膜在散装的方法被开发用于制造的悬浮的2D结构。这种方法克服了现有方法的局限性，这些方法要么与必要的高温热退火不兼容，要么不适合具有所需特征尺寸的2D结构。采用分级软氧腐蚀，腐蚀速率逐渐降低到1 nm/min以下，用于去除由反应离子腐蚀损坏的缺陷表面层。将分级蚀刻与其他已建立的表面处理技术相结合，将厚度低于1微米的谐振器中的氮空位中心的光学线宽减小到窄至330 MHz。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Tunable graphene phononic crystal
在声子学领域，周期性模式控制振动，从而控制物质中的热和声音的流动。在这种声子晶体中产生的带隙实现了低耗散振动模式，并实现了对机械量子比特、高效波导和最先进传感的应用。在这里，我们结合声子和二维材料，并探讨通过施加机械压力操纵声子晶体的可能性。为此，我们制造了最薄的声子晶体从单层石墨烯和模拟其振动特性。我们发现一个带隙的MHz制度，在此范围内，我们本地化的缺陷模式与一个小的有效质量为0.72 ag = 0.002 $m_{physical}$。最后，我们利用石墨烯的灵活性和机械调谐有限大小的声子晶体。在高达30千帕的静电压力下，我们观察到整个声子系统的频率上升超过350%。同时，缺陷模式保持在带隙内并保持局部化，这表明高质量、动态可调的机械系统。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-Hermitian chiral phononics through optomechanically-induced squeezing
在物理系统上施加手征会产生非常规的能量流和响应，例如Aharonov-Bohm效应和电子在破磁磁场中的拓扑量子霍尔相位。最近，人们对将该原理与破厄米性相结合来探索新的拓扑相及其应用产生了极大的兴趣。在这里，我们报告独特的声子态时，形成的时间反转对称性与非厄米动力学相结合的控制打破，都通过时间调制的辐射压力在小纳米光机械网络诱导。我们观察手征性的能量流之间的机械谐振器在一个合成的维度和Aharonov-Bohm调谐其混合模式。引入粒子非守恒压缩相互作用，我们发现了一个非厄米Aharonov-Bohm效应的环形网络中的机械准粒子经历参数增益。由此产生的非平凡的复模谱表明通量调谐的压缩，例外点，不稳定性和单向声子放大。这种丰富的新现象学指出了探索新的非厄米拓扑玻色子相位和应用在传感和运输，利用时空对称性破缺的方式。
2021-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dissipative acousto-mechanical parametric interface between high-overtone acoustics and flexural phonons
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Aalto University（阿尔托大学）；Tsinghua University（清华大学）
本文通过辐射压力型参量相互作用，在GHz高泛音体声波谐振器与低频弯曲模式之间实现耗散声-机械耦合，展示了可调谐Kerr非线性和频率梳，并实现了20倍于色散耦合的耗散耦合强度。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gigahertz phononic integrated circuits on thin-film lithium niobate on sapphire
声学器件在经典信息处理中起着重要作用。机械波的较慢的速度和较低的损耗使得能够实现用于延迟、滤波和存储无线电和微波频率的电信号的紧凑且有效的元件。发现更好地控制声子在芯片上传播的方法是实现更大规模声子电路和系统的重要一步。我们提出了一个平台，在集成光子学的几十年的进步的启发，利用强大的压电效应在蓝宝石上的锂钛酸锂薄膜激发导声波免疫泄漏到散装由于声子模拟指数引导。我们展示了一个有效的传感器匹配到50欧姆和1微米宽的机械波导内的指导作为这个平台的关键构建块。把这些组件放在一起，我们实现了声学延迟线，赛道谐振器，和曲折线波导传感应用。为了评估这个平台对新兴量子技术的承诺，我们描述了低温下的损耗，并在4开尔文下测量了大约50，000的品质因数。最后，我们展示了声子四波混频在这些电路和测量的非线性系数提供相关参数过程所需的功率估计。
2020-07-09 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Phononic Crystals in Superfluid Thin-Film Helium
本研究在硅纳米束光学谐振腔上自组装超流氦薄膜，利用硅的周期性图案化形成声子带隙，实现了对第三声模式的深亚波长级约束，为量子光力学中的强声子相互作用提供了新平台。
2024-02-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Multimode phononic correlations in a nondegenerate parametric amplifier
我们描述了在机械非简并参量放大器中非线性相互作用产生的多模声子关联的实现。这些相关性的性质不同，定性取决于驱动场的强度有关的阈值参数不稳定性。低于这个阈值，相关性是在耦合的机械模式的组合正交表现。在这种制度下，该系统是服从反作用规避测量计划检测弱力。在阈值以上，相关性表现在两个机械模式之间的振幅差中，类似于在光学参量振荡器中观察到的强度差压缩。我们讨论了这两个政权之间的交叉和应用程序的量子兼容的力学系统的非线性计量学和平衡动力学。
2014-12-30 quant-ph
Quartz phononic crystal resonators for hybrid acoustic quantum memories
本文展示100 MHz石英声子晶体谐振器在8 K下具有毫秒寿命，通过无接触电极抑制损耗，评估与超导量子比特的压电耦合，并探讨增强耦合的多周期缺陷设计。
2025-09-09 quant-ph
Pulsed Generation of Continuous-Variable Cluster States in a Phononic Quantum Network
School of Natural Sciences, University of California, Merced（加州大学默塞德分校自然科学学院）；Department of Physics, University of Oregon（俄勒冈大学物理系）
本文提出一种脉冲协议，在声子量子网络中生成高质量、可扩展的连续变量簇态，可通过局域测量实现远程机械模式纠缠，为量子信息处理提供重要资源。
2026-08-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling carbon nanotubes to the phononic ground state with constant electron current
我们提出了一个量子理论的冷却机械谐振器使用的反作用与恒定的电子流。共振器装置是基于一个双夹持的纳米管，它机械振动，并作为一个双量子点的电子输运。机械振动和电子使用外部栅极静电耦合。当电子隧穿双量子点时，通过吸收声子来冷却基本本征模。我们确定的制度，其中基态冷却可以实现现实的实验参数。
2009-03-06 cond-mat.other quant-ph
Continuous mode cooling and phonon routers for phononic quantum networks
我们研究了声子网络中量子态传输协议的实现，其中与光网络类似，量子信息通过扩展的机械谐振器阵列或声子波导中的传播声子来传输。我们描述了如何通过实施光机械多模式和连续模式冷却方案来创建用于传输量子态的“冷”频率窗口，来克服声子量子信道的非零热占据的问题。此外，我们还讨论了声子循环器和可切换声子路由器的实现，它们只依赖于强相干光机械相互作用，不需要强磁场或特定材料。这两种技术都可以应用于各种物理实现，其中耦合到基于自旋或电荷的量子位的声子用于片上网络应用。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phononically shielded photonic-crystal mirror membranes for cavity quantum optomechanics
本文提出一种结合二维光子晶体与声子晶体图案的亚波长氮化硅薄膜镜面，在室温下实现高反射率和高机械品质因子，并演示了光力学边带冷却至毫开尔文温度及光学双稳态，为腔量子光力学和量子基态冷却提供了可行平台。
2022-12-23 physics.optics quant-ph
Release-free phononic crystal with strong microwave coupling
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
该研究开发了与高阻抗微波谐振器强耦合的无释放型铌酸锂声子晶体腔，实现了高机电耦合率与品质因子，为微波与声波的集成提供了新的紧凑可扩展接口，适用于传感等系统。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
On-chip distribution of quantum information using traveling phonons
在芯片上分布量子纠缠是实现可扩展量子处理器的关键一步。使用行进声子（量子化的引导机械波包）作为传输量子态的介质目前正获得显著的关注，这是由于与其他载流子（诸如电子或光子）相比，它们的尺寸小且传播速度低。此外，声子是在芯片上连接异质量子系统的非常有希望的候选者，例如用于通过光纤长距离传输量子态的微波和光子。在这里，我们实验证明了使用声子分发量子信息的可行性，通过实现两个旅行声子之间的量子纠缠，并创建一个时间仓编码的旅行声子量子比特。机械量子态在光机械腔中产生，然后发射到声子波导中，在其中传播约200微米。我们进一步展示了如何声子，连同光子量子比特，可以用来违反贝尔型不等式。
2022-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A single-mode phononic wire
光子和电子传递信息形成复杂系统和网络。另一方面，声子是机械运动的量子，通常只被认为是热能的载体。尽管如此，它们的流动也可以在制造的纳米级电路中成型。我们设计和实验证明线声子传输信息，几乎没有损失或散射在芯片上。通过在硅芯片的表面构图，我们完全消除了除了一个声子传导通道之外的所有声子传导通道。我们观察到出现低损耗的驻波在毫米长的声子线，我们的地址和冷却光学。声子线的相干传输和强光耦合使新的声子技术能够在芯片上操纵信息和能量。
2017-11-02 physics.optics quant-ph
Piezoelectric transduction of a wavelength-scale mechanical waveguide
我们提出了一个压电式传感器在薄膜锂离子电池，将1.7 GHz的微波信号转换为机械波在1微米宽的波导的单模。我们测量了-12 dB的转换效率，这受到材料损耗的限制。我们采用的设计方法是广泛适用于新兴的声子电路中使用的波长尺度的结构，如在许多光机械微波光量子转换器的心脏的转导。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Coupling a superconducting quantum circuit to a phononic crystal defect cavity
将纳米级机械谐振器与微波量子线路连接起来，为存储、处理和传输量子信息开辟了新的途径。在这项工作中，我们将声子晶体腔耦合到可调谐超导量子线路。通过制造一个一维的周期性图案的锂的薄膜的钛酸盐，并在这个人工晶格中引入一个缺陷，我们本地化的6千兆赫的声学共振的波长尺度体积小于一立方微米。锂的强压电性有效地将局部振动耦合到宽可调谐高阻抗约瑟夫森结阵列谐振器的电场。我们测量了直接的声子-光子耦合率$g/2π\approx 1.6 \, \mathrm{MHz}$和机械品质因数$Q_\mathrm{m} \approx 3 \times 10^4$，导致当两个模式被调谐到共振时的协同性$C\sim 4$。我们的工作直接应用于工程混合量子系统的微波到光转换以及新兴的架构量子信息处理。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Giant-atom quantum acoustodynamics in hybrid superconducting-phononic integrated circuits
Tsinghua University（清华大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
通过超导量子比特与声子波导耦合，实现巨原子量子声动力学，展现非马尔可夫放松动力学和高纯度量子叠加态制备。
2025-12-18 quant-ph
Circuit Quantum Acoustodynamics in a Scalable Phononic Integrated Circuit Architecture
本文提出了一种可扩展的声子集成电路架构，通过集成超导量子比特和声子谐振腔，实现了显著的声子发射增强，为量子信息处理器和新型量子声学现象的研究奠定了基础。
2025-12-04 quant-ph
Phononic entanglement concentration via optomechanical interactions
量子化机械谐振腔具有低损耗、与其它量子系统的可调谐耦合以及声子在传播、检测等方面的独特特性，这使得它在基于声子的量子信息处理中的应用有别于光子谐振腔。本文提出了第一个利用量子化机械振动实现非局域声子纠缠集中的方案。我们将光机械交叉Kerr相互作用与Mach-Zehnder干涉仪相结合，通过两次光机械相互作用和对干涉仪输出的光子分析，实现了非局域声子Bell态和Greenberger-Horne-Zeilinger态的理想纠缠浓度.我们的协议是有用的保留纠缠声子的使用高品质的声子为基础的QIP在未来。
2019-08-25 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
Single Photon Two-Level Atom Interactions in 1-D Dielectric Waveguide: Quantum Mechanical Formalism and Applications
本文提出了一个包含宏观哈密顿量的有效模型来描述一维介质波导中二能级原子与散射光的相互作用。所提出的形式主义，使我们能够将连续介质内的光学介质的变化的效果，同时证明了非经典的推导菲涅耳定律。我们得到了二能级系统的输运特性，探讨了它的高Q带阻滤波特性，并讨论了辐射和非辐射耗散的含义。此外，我们应用我们的形式主义修改的法布里-珀罗干涉仪，并显示其自发发射特性的变化与干涉仪长度。最后，我们结束进一步评论波导和腔量子电动力学之间的联系。
2018-07-04 physics.optics quant-ph
Fully quantum mechanical dynamic analysis of single-photon transport in a single-mode waveguide coupled to a traveling-wave resonator
我们用全量子力学模型分析了耦合到微光学谐振腔的单模波导中的单光子输运动力学。我们研究了在各种耦合条件下，单光子高斯包通过系统的传播。我们回顾了应用于系统的单光子输运现象的理论，并对我们用来求解量子化场的动力学行为的数值技术进行了讨论。为了证明我们的方法，并建立强大的单光子的结果，我们研究的过程中，自动降低或提高的能量下的谐振腔的主动调谐的光学谐振器中捕获的单光子。我们表明，我们的完全量子力学方法再现了半经典的结果在适当的限制和绝热不变量在每种情况下具有相同的形式。最后，我们探讨了单光子在动态调谐耦合光学腔系统中的捕获。
2010-10-12 physics.optics quant-ph
Quantum Non-Gaussian States of Superfluid Helium Vibrations
该研究提出利用光子计数探测在低温振动超流氦中生成少声子量子非高斯态，分析其非高斯深度、加热鲁棒性、单声子聚束及传感测温潜力。
2024-06-14 quant-ph
Phononic bandgap nano-acoustic cavity with ultralong phonon lifetime
我们目前的测量在毫开尔文温度下的微波频率的晶体硅纳米梁腔的声学性能，将声子带隙箝位结构的声学限制。利用脉冲激光激发纳米梁腔的共定域光模，我们测量了单声子灵敏度的腔声学模式的动力学。能量衰荡测量的基本$5$ ~GHz的声学模式的腔显示出声子寿命的指数增加，在声子带隙屏蔽的周期数，增加到$τ\approx 1.5$ ~秒。这种超长的寿命，对应于几公里的有效声子传播长度，被认为是一致的，从非共振的硅器件表面上的两级系统缺陷的阻尼。这些超相干纳米级机械谐振器的潜在应用范围从量子力学的各种崩溃模型的测试到混合超导量子线路中的微型量子存储元件。
2019-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thin-film quartz for high-coherence piezoelectric phononic crystal resonators
本文用薄膜石英制备压电声子晶体谐振器，在单声子、毫开尔文条件下实现超过160,000的内部机械品质因数，并揭示TLS及铝电极损耗机制。
2024-06-20 quant-ph
All-mechanical coherence protection and fast control of a spin qubit
John A. Paulson School for Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；IonQ；Q-CTRL；Nubis Communications；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（巴伐利亚科学院瓦尔特·迈斯纳研究所）
针对自旋与声子腔耦合和相干延长脉冲不兼容的问题，提出基于修饰态基矢的全机械相干保护方案，实现800MHz创纪录拉比频率的超快控制，为声子介导量子门和片上量子声子网络奠定基础。
2025-08-18 quant-ph
Proposal of cavity quantum acoustodynamics platform based on Lithium Niobate-on-Sapphire chip
提出一种基于蓝宝石衬底铌酸锂芯片的可扩展混合腔量子声动力学平台，将超导transmon量子比特与声子集成电路集成，通过叉指换能器实现强压电耦合，为量子信息处理与量子声学研究提供新机遇。
2025-09-18 quant-ph
Intrinsic Phononic Dressed States in a Nanomechanical System
本文首次在纳米机电系统中观测到由本征模与内禀两能级系统强共振耦合产生的介观振动缀饰态，揭示了无需外部量子电路即可实现的单声子级非线性量子效应。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Thermomechanical two-mode squeezing in an ultrahigh $Q$ membrane resonator
我们实现了一个非简并的参量放大器在一个双$Q$机械薄膜谐振器和演示双模热机械噪声压缩。我们的测量准确地描述了一个双模式模型，该模型将这种非线性的机械相互作用归因于基质介导的过程，该过程通过各个模式的品质因数显著增强。在与量子限制光学检测和冷却兼容的机械平台中实现强多模非线性使得这成为用于非线性方法的强大系统，所述非线性方法用于量子精密测量、光学场与声子场之间的转换以及声子自由度的量子操纵。
2014-10-27 physics.atom-ph quant-ph
Fully quantum-mechanical analytic results for single-photon transport in a single-mode waveguide coupled to a whispering-gallery resonator interacting with a two-level atom
研究了耦合到回音壁谐振腔的单模波导与二能级原子相互作用系统中的单光子输运。单光子输运性质，如透射和反射振幅，以及谐振腔和原子的响应，是通过一个真实的空间方法精确地解决。处理包括谐振腔两个简并回音壁模之间的模间后向散射，以及谐振腔和原子的耗散。我们还表明，一个广义的临界耦合条件，即在波导的输出端的单光子传输去为零的匹配系统的共振，持有全耦合波导环谐振腔原子系统。
2009-01-26 quant-ph
Generation of bipartite mechanical cat state by performing projective Bell state measurement
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）
提出利用投影贝尔态测量实现纠缠交换，生成四种二分体声子贝尔猫态，并基于CHSH不等式进行贝尔不等式测试，为连续变量量子网络处理器提供新方法。
2026-06-06 quant-ph
Coherent Feedback Cooling of an Ultracoherent Phononic-Crystal Membrane at Room Temperature
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Danish Fundamental Metrology (DFM)（丹麦基础计量院）
本文研究了在室温下利用相干反馈冷却技术对超相干声子晶体膜进行冷却，通过结合强动态反作用冷却和相干反馈冷却，实现了从5.5×10^6到166±7的声子数减少，展示了在室温下接近高Q膜基态的潜力。
2026-05-20 quant-ph
Quantum mechanical analogy and supersymmetry of electromagnetic wave modes in planar waveguides
我们研究了一个类似的方程描述TE和TM模式在一个平面波导与任意连续的依赖于坐标的电容率和磁导率与固定的薛定谔方程。在TE模和TM模的薛定谔方程中得到了有效位能，一般情况下，TE模和TM模的有效位能不同，但在介电常数和磁导率对坐标的弱依赖性范围内，它们是一致的。当位置相关的介电常数和磁导率的乘积为常数时，即折射率为常数时，我们发现TE模和TM模可用超对称量子力学描述。
2014-03-06 math-ph math.MP quant-ph
