Continuous momentum state lasing and cavity frequency-pinning with laser-cooled strontium atoms
本文利用连续加载到环形腔中的激光冷却$^{88}$Sr原子，实现了长达数小时的连续动量态激射，并通过原子损失机制将激射频率对腔频率变化的敏感度抑制了120倍，为连续腔QED量子模拟和超辐射激光器开辟了新路径。
2024-05-31 physics.atom-ph quant-ph
Selfsynchronization and dissipation-induced threshold in collective atomic recoil lasing
全局耦合振子网络表现出从非相干态到相干态的相变。原子与单向泵浦高精细度环形腔中反向传播模相互作用形成了这样一个全局耦合网络。耦合机制由集体原子反冲激光（CARL）提供，即激光在原子密度光栅处的合作布拉格散射，其由激光自诱导。在附加摩擦力的作用下，原子系综将经历一个相变，达到原子同步运动的状态。通过研究CARL过程的阈值行为，我们给出了这种相变的实验研究。
2004-02-02 quant-ph
Dissipative coupling induced phonon lasing with anti-parity-time symmetry
声子激光器作为光子激光器的对应物，在各种各样的系统中得到了广泛的研究，然而，大多数都是基于直接相干泵浦。在激光器中，损耗是影响增益的一个不利因素。在这里，我们证明了一个新的机制，声子激光从耗散耦合多模光机系统。通过精确地设计两个膜的耗散和调谐腔光的强度调制，中间的两个膜系统显示出反宇称时间（反PT）对称性，并且两个纳米机械谐振器之间的腔介导的相互作用变得纯粹耗散。能级吸引和阻尼排斥作为耗散耦合的特征清晰地表现出来。在异常点之后，非厄米相变，其中本征值和相应的本征模合并，通过增加相互作用强度超过临界值（阈值），两个声子模被同时激发到自持振荡区。与传统的声子激光器形成鲜明对比的是，二阶声子相关的测量揭示了在非激射制度中的振荡和双指数阶段以及在激射制度中的相干阶段。我们的研究为研究非厄米开放系统中的声子激光提供了一种新的方法，可以应用于光学、声学和量子多体物理等广泛的学科。
2021-10-24 physics.optics quant-ph
Lasing and cooling in a hot cavity
本文提出了一个多原子耦合单腔模的微观激光模型，包括原子与光场动量交换产生的光力。在半经典描述中，我们求解原子运动和内部动力学方程，以获得每个原子所看到的光学势和摩擦力的解析表达式。当光增益在光场从原子运动中提取动能的频率处最大时，动力学结合了光激射和运动冷却。从相应的动量扩散系数，我们预测的子多普勒温度在静止状态。这将腔增强激光冷却理论推广到有源腔系统。我们确定增益引起的有效谐振腔线宽的减少作为更快的冷却和更低的温度的关键起源，这意味着具有增益介质的坏腔可以取代高Q腔。此外，这表明了在低温极限下，光力对气体激光器的重要性，在低温极限下，原子可以以周期性图案排列，从而最大化增益并抵消空间烧孔。最终，在低温极限下，这样的设置应该允许在单个设备中组合光学激光和原子激光。
2006-03-21 quant-ph
Continuous cavity-QED with an atomic beam
该研究设计了一种产生连续原子束穿过光学腔的装置，实现集体强耦合并测量连续光学增益，为连续超辐射激光等集体现象的阈值条件研究奠定基础。
2024-07-26 physics.atom-ph quant-ph
Generating NOON states in circuit QED using multi-photon resonance in the presence of counter-rotating interactions
NOON态是宝贵的量子资源，在量子通信、量子精密测量和量子信息处理等领域有着广泛的应用。在这里，我们提出了一个快速，简洁和可靠的协议，确定性地产生NOON状态的两个谐振器耦合到一个单一的$\triangle$型超导qutrit。特别地，我们推导出有效的哈密顿在多光子共振的谐振腔模式和qutrit之间的强烈的反旋转相互作用凭借。基于这些关键的有效哈密顿量，我们的协议简化了以前的使用单光子共振，从而减少了状态准备的操作数量。为了测试该协议的鲁棒性，我们分析了包括耗散和失相的退相干和谐振器模式的串扰对状态保真度的影响，通过Lindblad主方程的本征态的完整的哈密顿。
2019-11-20 quant-ph
Single-photon scattering with counter rotating wave interaction
近年来的实验研究将原子-光子相互作用的研究推向了超强领域，从而推动了对旋波近似之外物理的探索。本文研究了由耦合腔阵列和中心腔中的二能级原子组成的系统的单光子散射，通过改变两个外耦合参数，系统对应于从超腔QED到具有反转波（CRW）相互作用的波导QED的模型。应用基于散射区束缚态的非含时散射理论，我们发现即使在弱原子-腔耦合区，CRW相互作用也明显改变了透射谷，特别是在超腔QED到波导QED的过渡区，CRW相互作用导致了非弹性散射过程和Fano型共振.可以预见的是，我们的研究结果提供了在现实系统中操纵CRW效应的潜力。
2016-10-11 quant-ph
Adequacy of the Dicke model in cavity QED: a counter-"no-go" statement
Dicke模型中的相变是否可以用电磁场中的偶极子来实现，这是一个长期存在的争论。众所周知的陈述通常被称为“不通过定理”，声称所谓的A平方项，就在临界点附近，变得足够相关，以防止系统经历相变。本文证明了Dicke模型对原子内部激发与光场相互作用的描述是一致的，但是是在量子电动力学的偶极规范中。理论上不能排除相变的可能性，可能出现自发的横电平均场。我们指出，单模近似是至关重要的：适当的处理必须基于腔QED，因此，我们提出了一个系统的推导一个完美的法布里-珀罗腔中的偶极规范的第一性原理。除了对围绕Dicke相变的争论的影响之外，这种对腔QED理论基础的清理是重要的，因为目前有许多新兴的实验方法来实现偶极子和光子之间的强耦合甚至超强耦合，这需要正确处理Dicke模型参数。
2012-06-07 quant-ph
Control of quantum electrodynamical processes by shaping electron wavepackets
基本量子电动力学（QED）过程，如自发发射和电子-光子散射包含了丰富的现象，形成了现代科学和技术的基石之一。传统上，QED和其他场论的计算都假设入射粒子是单动量态。相干叠加态，即“成形波包”，将改变基本散射过程的结果的可能性因此被忽略，而是假设总和为入射动量的非相干（统计）分布。在这里，我们表明，自由电子波整形可以用来工程量子干涉，改变量子电动力学中的散射过程的结果。具体来说，量子电动力学过程中两个或多个路径的干涉（如光子发射）可以精确控制该过程的速率。作为一个例子，我们将我们的概念应用于韧致辐射，这是一种普遍存在的现象，例如，在最先进的医学成像，安全扫描，材料分析和天体物理学的X射线源中。我们表明，自由电子波整形可以用来定制的空间和光谱分布的发射光子，增强其方向性和单色性，并增加更多的自由度，使发射过程，如韧致辐射更通用。通过量子干涉调整光子发射的时空属性的能力提供了在整个电磁波谱上成形辐射的新的自由度。更广泛地说，通过自由电子的成形来定制一般QED过程的能力开辟了从光学激发过程（例如，等离子体和声子发射）到量子范围内的自由电子激光。
2020-11-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Circuit QED Spectra in the Ultrastrong Coupling Regime: How They Differ from Cavity QED
本文分析电路QED中超强耦合下的光谱，发现与腔QED不同，系统与输出端口的耦合方式导致独特光谱特征。
2024-10-02 quant-ph
Elliptical rotation of cavity amplitude in ultrastrong waveguide QED
研究了线性波导量子电动力学（QED）系统，即光腔与波导耦合系统的光学响应。我们的分析是基于精确对角化的整体哈密顿量，因此，严格的，即使在波导QED的超强耦合制度。由于腔-波导耦合中的反向旋转项，腔振幅在相空间中的运动一般为椭圆运动。这种椭圆运动变得显着的超强耦合制度，由于大兰姆位移裸腔频率。我们还发现，这样的椭圆运动不传播到输出场，并提出了一个分析形式的反射系数是不对称的谐振频率。
2021-01-11 quant-ph
An extremely bad-cavity laser
本研究展示了一种精细度低至2.01的极劣腔激光器，实现了微弱反馈下的低牵引系数激射，为未来超稳激光器及光学钟等领域提供了新视角。
2023-10-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A deterministic cavity-QED source of polarization entangled photon pairs
我们提出了两个腔量子电动力学提案，它们具有相同的基本元素，允许通过三能级原子连续耦合到两个呈现偏振简并的单纵模高Q光学谐振器来确定性地产生纠缠光子对。在更快的方案中，三能级原子通过两个截断的拉比振荡产生偏振纠缠光子对，而在绝热方案中，考虑了一个违反直觉的受激拉曼绝热通过过程。虽然比前一个过程慢，但第二种方法在实验参数波动下非常有效和鲁棒，特别有趣的是，几乎对原子衰变完全不敏感。
2006-01-27 quant-ph
Quantum Correlations in Cavity QED Networks
本文综述了腔量子电动力学网络模型中各种量子关联测度的产生、传播、分布、突然跃迁和冻结等动力学特征，如并发、形成纠缠、量子不和谐以及它们的几何测度对应物。讨论了腔量子电动力学网络中量子关联产生过程中的耗散效应和热效应以及它们对经典关联和量子关联的突变和冻结的影响。在一定的初始条件下，发现Bures几何不协调中存在两个相变，其中一个相变在临界温度处趋于消失
2014-07-21 quant-ph
Probing higher-order transitions through scattering of microwave photons in the ultrastrong-coupling regime of circuit QED
高阶跃迁可以发生在电路QED的超强耦合区，通过由反向旋转相互作用控制的虚拟过程。我们提出了一种可行的方法来探测高阶跃迁通过传播的微波光子入射到混合量子比特腔系统的散射。散射谱中的线形可以反映量子比特与腔之间的相干相互作用，而布居谱中的高阶跃迁可以被识别。我们进一步发现，如果两个量子比特与腔之间的耦合强度被调谐为非对称的，那么具有Fano线型的暗反对称态也可以从散射谱的变化中被检测到。
2018-05-22 quant-ph
Atomic selfordering in a ring cavity with counterpropagating pump
移动散射体和光在光学谐振器中的集体动力学产生复杂的行为。对于强横向照明的相变从均匀的结晶颗粒秩序出现。相反，在单侧泵浦的环形腔中，气体呈现出聚束和集体加速的不稳定性，称为集体原子反冲激光（CARL）。我们证明，通过驱动两个正交偏振的环形谐振腔的反向传播模式，在一个系统内实现这两种情况。相应的相图取决于两个泵的强度表现出的区域中，无论是一个广义的形式的自排序朝向一个旅行密度波与恒定的质心速度或CARL不稳定性形成。控制腔驱动然后允许加速或减速并捕获足够密集的线性可极化粒子束。
2014-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Validity of resonant two-qubit gates in the ultrastrong coupling regime of circuit QED
本文从理论上研究了电路QED中光-物质相互作用从强耦合过渡到超强耦合时双量子比特共振门的性能。两个控制相位门计划-以及在旋转波近似（RWA）-进行了分析，同时考虑到反旋转项出现在哈密顿量的影响。数值计算结果表明，当耦合强度与谐振腔频率之比g/ω r为10%时，门操作的保真度可达96%以上。为了实现超快量子门，当g/ω r增大时，需要新的方案。
2011-10-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Structured Non-Locality and Emergent Locality in Cavity-QED Many-Body Dynamics
ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA-加泰罗尼亚高级研究学院）
研究腔QED多体动力学的局域性与非局域性，明确子空间局域乘积态基及角动量选择定则的作用，推导自旋模型有效哈密顿量，开辟新型多体动力学。
2026-08-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Superradiant Decay and Dipole-Dipole Interaction of Distant Atoms in a Two-Way Cascaded Cavity QED System
我们研究了一个由光纤耦合的微环形腔组成的双向级联腔QED系统。每个微环形腔支持两个反向传播的回音壁模式通过它们的倏逝场耦合到单个原子。我们研究了一对原子-微环系统，计算了单原子初始激发时进入光纤的自发发射谱。强耦合和坏腔制度，后者允许有效的原子-原子相互作用，通过原子-腔耦合和失谐控制：原子表现出集体自发发射，没有偶极-偶极相互作用或（相干）偶极-偶极相互作用和独立（单原子）的发射。这种切换相互作用特性的能力是双向耦合的一个特征，并将我们的双向级联系统连接到一维波导上。我们的坏腔结果的基础上，我们推广到许多原子微环系统通过光纤耦合。
2015-01-12 quant-ph
Discrete Time-Crystalline Order in Cavity and Circuit QED Systems
离散时间晶体是最近提出和实验观察到的Floquet系统的平衡动力学阶段，其中局部可观测的频闪演化以驱动周期的整数倍重复。我们解决这个问题的驱动耗散设置，专注于调制开放Dicke模型，它可以实现腔或电路QED系统。在热力学极限，我们采用半经典的方法，并找到丰富的动力学阶段上的离散时间结晶秩序。在一个深的量子制度与几个量子比特，我们发现一个短暂的离散时间结晶行为，这是在孤立的对应缺乏明确的签名。我们建立了一个耗散离散时间晶体的现象学推广的相变的朗道理论Floquet开放系统。
2017-12-29 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Cross-polarization extinction enhancement and spin-orbit coupling of light for quantum-dot cavity-QED spectroscopy
本文提出利用菲涅尔反射双折射与单模滤波结合的方法增强交叉偏振消光，并在双折射微腔中的半导体量子点上实现了单光子对比度10倍的提升。
2023-02-10 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Cavity QED determination of atomic number statistics in optical lattices
本文研究了光晶格中处于莫特绝缘体态和超流态的超冷原子对光场在环形谐振腔中两个反向传播模的反射。我们得到了精确的数值结果，一个简单的两井模型，并进行统计计算适合于全晶格的情况下。我们发现，反射光的动力学强烈地依赖于晶格间距和物质波场的状态。依赖于晶格间距，光场对原子的各种密度-密度关联函数敏感。如果原子处于超流态，光场和原子会发生强烈的纠缠，在这种情况下，光子统计通常表现出复杂的多峰结构。
2006-12-14 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Superconducting giant atom waveguide QED: Quantum Zeno and Anti-Zeno effects in ultrastrong coupling regime
巨原子系统是量子光学中的一个新的范例，传统的偶极近似在其中已经不再适用。本文通过两个耦合点将超导电路耦合到传输线上，构造了一个人工巨原子模型。在超强耦合区，我们证明了由不可忽略的反转原子-波导耦合项引起的巨原子的兰姆位移将改变其耗散过程.此外，我们还研究了巨原子大小作为敏感控制器的量子芝诺和反芝诺效应。具体地说，通过比较临界测量间隔和巨原子的寿命，我们阐明了量子反Zeno效应发生的条件。希望我们的工作能对巨原子系统在量子力学基本问题研究中的应用有所帮助。
2022-05-07 quant-ph
Nonreciprocal Superradiant Phase Transitions and Multicriticality in a Cavity QED System
本文在旋转且方向性压缩的回音壁模式微腔QED系统中，理论展示了无需超强耦合即可由外部泵浦控制的非互易一阶和二阶超辐射相变，并识别出两类可控非互易多临界点，为全光操控量子相变及集成非互易量子器件提供新途径。
2024-09-30 quant-ph
Suppressing Counter-Rotating Errors for Fast Single-Qubit Gates with Fluxonium
针对fluxonium等低频量子比特在快速单量子比特门中因强驱动反向旋转分量导致的保真度下降问题，提出并演示了圆偏振驱动和相称脉冲两种互补缓解协议，将门保真度提升至超过99.997%，且相称脉冲平台无关、无需额外校准。
2024-06-12 quant-ph
Multi-Stability in Cavity QED with Spin-Orbit Coupled Bose-Einstein Condensate
研究了在强泵浦激光驱动下，含有自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的腔系统中稳态多稳态的发生。外加磁场将玻色-爱因斯坦凝聚体分裂成赝自旋态，然后利用两束反向传播的拉曼激光与超冷原子直接相互作用，赝自旋态变得对动量敏感。在控制了所有相关子系统的稳态动力学之后，我们发现了腔光子数的多稳态行为，这与以前对腔原子系统的研究不同。然而，这种多稳定性可以与相关的系统参数进行调谐。此外，我们还说明了赝自旋- $\uparrow$和自旋- $\downarrow$态原子布居的混合稳定行为的发生，它们以所谓的双不稳定形式出现。有趣的是，这些原子序数态的集体行为在两种自旋态的布居之间存在一个过渡界面，这种过渡界面可以通过自旋轨道耦合和塞曼场效应来增强和控制。此外，我们说明了二次界面介导的赝自旋态的机械耗散率的增加。这些界面可能是由腔介导的合成自旋态的非平凡行为引起的。我们的研究结果不仅对光开关的研究具有重要意义，而且为今后利用腔量子电动力学研究人工原子态的力学性质奠定了基础。
2023-02-04 cond-mat.quant-gas nlin.CD physics.atom-ph
On the phase transition of light in cavity QED lattices
强相互作用的原子和光子系统可以通过将单个腔QED系统连接到晶格中来实现，这被认为是量子模拟的新平台。在与其他相互作用的量子粒子系统共享重要特性的同时，我们认为光-物质相互作用的性质产生了凝聚态或原子物理学设置中没有类似物的独特特征。通过讨论离域光子的晶格模型的物理耦合本地与二能级系统通过基本的光-物质的相互作用所描述的拉比模型，我们认为，包括反向旋转条款，迄今为止被忽视的，是至关重要的稳定有限密度量子相位的相关光子的真空，不需要一个人工工程的化学势。我们发现光子离域和Rabi非线性之间的竞争驱动系统通过一个新的$Z_2$宇称破缺的量子临界态，它与量子光学的Dicke跃迁和量子磁学的Ising临界点有相似之处。我们讨论的相图以及低能量激发光谱和目前的分析估计的临界量。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Ultranarrow Superradiant Laser via Dressed Dark State
本文提出利用静磁场将偶同位素类碱土金属原子的暗态缀饰上亮态分量，实现从交叉区到超辐射激光区工作的超窄超辐射激光，在保持功率的同时获得mHz量级线宽，并对腔长和磁场涨落具有更强鲁棒性。
2025-08-28 physics.atom-ph quant-ph
Emitters of $N$-photon bundles
我们提出了一个方案的基础上的相干激发的两个级别的系统在一个腔中产生一个超亮CW和聚焦的量子光源，在组（束）的$N$光子，整数$N$可调的激发激光的频率。我们定义了一个新的量，\emph{purity}的$N$ -光子发射，来描述发射的光子束的百分比，从而绕过了Glauber关联函数的限制。我们专注于$1\le N\le3$的情况下，并表明，接近100%的双光子发射和90%的三光子发射是在达到最先进的腔QED样品。束流发射的统计表明，可以实现从$N$光子激光到$N$光子枪的各种机制。这是证明通过广义关联函数，扩展到多光子水平的标准定义。
2013-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Kondo QED: The Kondo effect and photon trapping in a two-impurity Anderson model ultra-strongly coupled to light
本文提出结合Kondo效应与光物质超强耦合的“Kondo QED”系统，利用分层运动方程方法发现超强耦合会抑制Kondo共振并引发光子积累效应，为同时控制这两种效应奠定了基础。
2023-07-19 cond-mat.str-el quant-ph
Resilience of the quantum Rabi model in circuit QED
在电路量子电动力学（circuit quantum electrodynamics）中，一个人造的“电路原子”可以耦合到一个量子化的微波辐射，这个辐射比它的真实原子要强得多。著名的量子拉比模型描述了两能级系统与单模玻色子场的最简单的相互作用。当耦合足够大时，即使电路是强非谐的，电路原子的裸能级结构也不能忽略。我们探讨了这种情况下，从理论上通量（fluxonium）和电荷（库珀对盒）型多电平电路调谐到各自的通量/电荷简并点。我们确定了哪些光谱特征的量子拉比模型生存，哪些是重整化的大耦合。尽管在fluxonium的情况下，低能量谱的显着重整化，关键的量子拉比功能-近简并真空组成的原子状态纠缠的多光子场-出现在两种类型的电路时，耦合是足够大的。与量子拉比模型一样，对于非常大的耦合，纠缠谱仅由两个几乎相等的本征值支配，尽管原子-谐振腔基态实际上涉及大量的裸原子态。我们解释出现的两个电路的真空的双重简并作为环境抑制的磁通量/电荷隧穿，由于他们的服装虚拟低/高阻抗光子在谐振器中。对于磁通隧穿，修整只是约瑟夫森原子与谐振腔的大电容的分流。电荷隧穿的抑制是连接到电阻引线的隧道结中传输的动态库仑阻塞的表现。
2017-06-19 cond-mat.other quant-ph
High-Fidelity CZ Gates in Double Quantum Dot -- Circuit QED Systems Beyond the Rotating-Wave Approximation
本文超越旋转波近似，研究双量子点自旋与电荷量子比特的CZ门保真度，提出一种含时项更少的电荷量子比特参数驱动方案，证明其优于自旋方案，并揭示驱动幅度对高保真操作的关键作用。
2024-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
