Photon filters in a microwave cavity
在较早的论文中,我们已经得出结论,原子模相互作用中的含时参数可以用来修改腔中的量子场。当原子穿过腔场时,它的耦合常数与时间呈三角函数关系。我们调查的可能性,这提供了修改字段。作为一个比较点,我们使用可解的罗森-齐纳模型,它的参数依赖性大致类似于在一个真正的腔。我们确认,通过反复发送原子通过腔,我们可以获得光子状态的过滤器。可以得到高度非经典的态。我们发现Rosen-Zener模型对失谐量的影响比三角耦合模型更敏感。
2003-04-25 quant-ph
Adiabatic state preparation in a cavity
本文讨论了含时参数的单模Jaynes-Cummings模型。利用二能级系统的可解模型,考虑了原子通过腔体后光子分布的变化。有人建议,这种系统可以被用作过滤器,以修改光子分布。这种效应可以通过不断地将新原子送入腔体来增强。我们表明,这样的过滤器可以削减无论是小或大的光子数。它还表明,该方法可以用来缩小光子分布,并以这种方式实现高度非经典的亚泊松态。文中还介绍了该方法的局限性和应用。
2004-10-18 quant-ph
Linewidth broadening of a quantum dot coupled to an off-resonant cavity
研究了光子晶体腔和非共振量子点在腔或量子点共振激发下的耦合。测量量子点和腔的线宽作为激发激光功率的函数。我们表明,通过观察腔发射测量的量子点的线宽,是显着加宽的理论估计相比。这表明在量子点和腔之间存在额外的非相干耦合。
2010-03-11 quant-ph
Observing dynamical currents in a non-Hermitian momentum lattice
我们报告的实验实现和检测动力学电流的自旋织构晶格在动量空间。集体隧穿是通过旋量玻色-爱因斯坦凝聚体进入光学腔的光子的腔辅助拉曼散射来实现的。诱导隧穿过程的光子场受到腔耗散的影响,从而在非厄米设置中产生有效的方向动力学。我们观察到,个别隧穿事件是超辐射的性质和本地解决他们在晶格中进行实时,频率分辨测量的泄漏腔场。结果可以扩展到一个政权表现出级联的电流和多个晶格站点之间的同时coherency,其中数值模拟提供了进一步的了解的动态。我们的观测展示了动量空间晶格中的动力学隧穿,并为在驱动耗散环境中实现动力学规范场提供了前景。
2022-03-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Coupling a single atomic quantum bit to a high finesse optical cavity
四极S $_{1/2}$ - D $_{5/2}$光学跃迁的一个单一的捕获的钙$^+$离子,非常适合于编码量子比特的信息,相干耦合到驻波场的高精细度腔。通过观察离子对腔内场的空间和时间变化的响应来验证耦合。我们还实现了确定性的耦合腔模式的离子的振动状态,通过选择性地激发振动状态变化的过渡,并通过控制离子的位置,在驻波领域与纳米精度。
2002-07-05 quant-ph
Climbing the Jaynes-Cummings Ladder and Observing its Sqrt(n) Nonlinearity in a Cavity QED System
腔量子电动力学(QED)已经非常活跃的领域,传统上在原子系统中进行研究,最近随着半导体和超导系统实验的出现而获得了额外的动力。在这些固态实现中,新颖的量子光学实验通过随意设计许多特征参数的可能性而得以实现。在腔QED中,真空拉比模分裂的观测是在单量子水平上探索物质-光相互作用本质的标志性实验。然而,这种效应至少在原理上可以经典地解释为两个耦合线性振荡器的正常模式分裂。有人认为,观察到的Jaynes-Cummings能梯中的共振原子-光子耦合强度与光子数n的平方根的标度足以证明该系统是量子力学的性质。在这里,我们报告了这种特征量子非线性的直接光谱观察。测量耦合系统的光子自由度,我们的测量提供了明确的,长期以来一直寻求的光谱证据的量子性质的共振原子场相互作用腔QED。我们探索原子光子叠加态涉及到两个光子,使用光谱泵浦和探测技术。实验是在电路QED装置中进行的,该装置利用超导量子比特的大偶极耦合强度和长相干时间实现了超强耦合。
2009-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Prospects for observing dynamical and anti- dynamical Casimir effects in circuit QED due to fast modulation of qubit parameters
我们考虑了非稳态电路QED体系结构,其中单个人工二能级原子在一个或多个系统参数的外部调制下与腔场模相互作用。采用两种不同的方法研究了马尔可夫耗散对原子-光场缀饰态之间调制诱导跃迁的影响:量子光学标准主方程和最近提出的缀饰图像主方程。我们估计相关的跃迁速率,并表明,光子产生真空(“动态卡西米尔效应”,DCE)和相干光子湮灭从非真空状态(“反DCE”)是可能的与当前国家的最先进的参数。
2015-04-19 quant-ph
Observing dynamical phases of BCS superconductors in a cavity QED simulator
本文利用腔QED模拟器编码Cooper对并调控色散与相互作用比值,首次直接观测到BCS超导体淬火后序参量衰减、稳态和持续振荡三种动力学相,为非常规超导和量子传感研究开辟新途径。
2024-02-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Protocol for generating an arbitrary quantum state of the magnetization in cavity magnonics
我们提出了一个方案,并在数值上评估产生一个任意的量子态的磁化磁铁。该协议涉及反复激励频率可调的超导transmon和通过微波腔将激励转移到磁体。为了避免衰变,协议必须比磁振子寿命短得多。通过简单地缩短脉冲来加速协议导致激发非共振泄漏到更高水平的transmon,伴随着更高的退相干。我们将讨论如何通过施加反脉冲来消除这些较高水平的激励来校正这种泄漏。在我们的协议中,最大磁振子占用高达$\sim9$和平均磁振子数高达$\sim4$的国家可以产生保真度$>0.75$。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observing Topological Invariants Using Quantum Walk in Superconducting Circuits
在工程和自然发生的量子材料中直接测量拓扑不变量是对物质的量子相进行分类的关键步骤。在这里,我们激励一个工具箱的基础上依赖于时间的量子行走作为一种方法来数字模拟单粒子拓扑能带结构。使用超导量子比特色散耦合到微波腔,我们实现了两类分步量子行走,并直接测量与每个拓扑不变量(绕组数)。测量依赖于腔薛定谔猫态的两个组件之间的干涉,并突出了一种新的重新聚焦技术,该技术允许直接实现数字版本的布洛赫振荡。我们的计划可以很容易地扩展到更高的维度,从而量子行走为基础的模拟可以探测拓扑相位范围从量子自旋霍尔效应的霍普夫绝缘体。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a cavity
在连续观测下的微观系统在其状态之间随机地呈现出突然的跳跃。这种基本量子特征的检测需要在系统演化期间重复多次的量子非破坏(QND)测量。被捕获的大质量粒子(电子、离子或分子)的量子跳跃已经被观察到,这不是光量子跳跃的情况。光子探测器吸收光,因此不能两次探测到同一个光子。它们必须被一个透明的计数器所取代,这个计数器可以“看到”光子而不破坏它们。此外,光必须在比QND检测时间长得多的持续时间内存储。我们已经满足了这些具有挑战性的条件,并观察到光子数量子跳跃。微波光子存储在超导腔中的时间在第二范围内。它们被非吸收性原子流反复探测。原子干涉仪测量由非共振腔场引起的原子偶极相移,因此最终的原子状态直接揭示了腔中单个光子的存在。数百个原子的序列在同一状态下高度相关,被突然的状态切换打断。这些电报信号第一次记录了单个光子的诞生、生命和死亡。将类似的QND过程应用于具有数十个光子的介观场,为探索量子到经典边界开辟了新的视角。
2007-03-21 quant-ph
Spin-Wave Multiplexed Atom-Cavity Electrodynamics
我们介绍了一个原子系综耦合到一个单一的光腔模式的多路原子腔量子电动力学。多个拉曼修整光束建立具有独特空间轮廓的腔耦合自旋波激发。在实验上,我们通过观察自旋波真空拉比分裂,选择性超辐射和干涉两个自旋波的腔介导的相互作用来证明这一概念。我们强调,目前的实验配置允许快速,可互换的腔耦合到4个配置文件,重叠参数小于10%,足以证明,例如,量子中继器网络模拟在腔中。随着对光学多路复用设置的进一步改进,我们推断出访问多于$10^3$独立自旋波轮廓的能力。
2019-08-14 physics.atom-ph quant-ph
Remote weak signal measurement via bound states in optomechanical system
提出了一种利用耦合谐振腔光波导作为发射器,分别与混合光机械腔和观测腔耦合的微弱信号远程传感方案。本文采用非马尔可夫理论对弱力传感器进行了研究,将CROW视为腔场的非马尔可夫库,并引入负有效质量NEM振子来消除反作用噪声。在一定条件下,可以形成无耗散束缚态,使得弱信号可以在CROW中无耗散地传输。我们的结果表明,在一定的参数范围内,束缚态的辅助作用可以实现量子点的灵敏度。
2020-03-20 quant-ph
Simultaneous cooling of coupled mechanical resonators in cavity optomechanics
耦合机械谐振器的量子操控由于可以用来研究涉及多个机械模式的量子相干性效应而成为光力学中的一个重要研究课题。观察宏观力学相干性的先决条件是将机械谐振器冷却到它们的基态。在这里,我们提出了一个理论方案,通过引入光机械接口冷却两个耦合的机械谐振器。精确计算了两个机械谐振器中的最终平均声子数,结果表明,在分辨边带区和最佳驱动下,基态冷却是可以实现的。通过消除腔场在大衰减制度,我们得到的冷却极限,这表明最小可实现的声子数和参数条件下,实现最佳冷却的分析结果。最后,该计划被扩展到一个链的耦合机械谐振器的冷却。
2018-04-11 quant-ph
Unitary and efficient spin squeezing in cavity optomechanics
本研究提出腔光力学中制备氮空位中心自旋压缩态的新方法,可消除声子-光子模式与自旋的纠缠实现幺正单轴扭曲压缩,还可通过正交方向重复演化实现海森堡极限的双轴扭曲压缩,且对退相、弛豫噪声鲁棒。
2024-01-28 quant-ph
Reconstruction of non-classical cavity field states with snapshots of their decoherence
微观系统的状态编码了其完整的量子描述,从中推断出所有测量结果的概率。作为一个统计概念,状态不能从单个系统实现中获得。它可以通过对不同的实现进行测量,从副本的集合中重建。重建一组与环境隔离的囚禁粒子的态是研究量子到经典边界的重要步骤。虽然已经实现了捕获原子状态的重建,但用捕获的光子进行类似的实验是具有挑战性的,这需要腔体存储很长时间的光。在这里,我们报告了完整的重建和图形表示的各种辐射状态被困在一个腔中,其中几个光子生存足够长的时间来重复测量。通过原子一个接一个地穿过腔,从场中提取信息。我们展示了一个画廊的图片具有相干态,福克态与一个明确的光子数和薛定谔猫态,这是不同相位的相干态的叠加。这些态可以用它们在光子数基上的密度矩阵或它们的维格纳函数来等价地表示,维格纳函数是场的复振幅分布。准经典相干态具有高斯形的维格纳函数,而Fock和薛定谔猫维格纳函数显示振荡和负性,揭示量子干涉。腔阻尼引起退相干,这很快地洗掉维格纳函数振荡。我们观察到这一过程,并实现电影的退相干重建快照薛定谔猫态在连续的时间。
2008-09-05 quant-ph
Quantum nature of a strongly-coupled single quantum dot-cavity system
腔量子电动力学(QED)研究量子发射体与单个辐射场模之间的相互作用。当原子与腔模强耦合时,就有可能实现关键的量子信息处理(QIP)任务,如可控相干耦合和可区分量子系统的纠缠。在固态下实现这些任务显然是可取的,并且将半导体自组装量子点(QD)耦合到单片光学腔是实现这一目标的有希望的途径。然而,在QIP应用中验证QD的功效需要确认QD-腔系统在强耦合制度中的量子性质。在这里,我们发现通过观察光致发光(PL)中的量子相关性从光子晶体(PC)nanocavity 3 -5相互作用,只有一个,QD精确地位于腔电场最大值。当非共振时,来自腔模和QD激子的光子发射在单量子水平上是反相关的,证明了尽管腔和激子之间存在能量失配,但模式仅由QD驱动。当被调谐到共振态时,激子和光子进入腔QED的强耦合区,量子点的寿命减少了120倍。来自腔的光子流成为反聚束,证明耦合激子/光子系统是在量子非谐制度。我们的观察明确表明,QIP任务需要量子非线性制度是可以实现的固体状态。
2006-10-05 quant-ph
Quantum Simulation of the Bosonic Creutz Ladder with a Parametric Cavity
在微扰方法无效的物理系统中实现量子模拟器的兴趣越来越大。电路量子电动力学(cQED)的可扩展性和灵活性使其成为一个有前途的平台,以实现各种类型的模拟器,包括强耦合场论的晶格模型。在这里,我们使用多模超导参量腔作为硬件高效的模拟量子模拟器,实现了复杂的跳跃相互作用的合成维度的晶格。耦合图\textit{i.e.}是实现的模型,可以用\textit{in situ}编程实现。复值跳跃相互作用进一步允许我们模拟,例如,规范势和拓扑模型。作为演示,我们模拟了玻色子克鲁茨阶梯的一个格子。我们的特点与散射测量晶格,重建实验哈密顿和观察新兴的拓扑特征。这个平台可以很容易地扩展到更大的晶格和涉及其他相互作用的不同模型。
2021-01-11 quant-ph
Quantum reservoir engineering through quadratic optomechanical interaction in the reversed dissipation regime
我们探讨电磁场耦合到机械谐振器通过二次光机相互作用在反向耗散制度的机械阻尼率远大于腔场耗散率。它示出,在这个政权中,腔场有效地获得一个额外的水库,这是由机械浴的温度以及机械阻尼率的条件。我们解析地找到了机械振子冷却或加热耦合电磁场的稳态平均光子数和临界温度。我们还表明,在二次耦合的情况下,可以通过观察腔场的噪声谱来估计的机械振荡器的温度在量子制度。
2017-09-01 quant-ph
Observing the escape of a driven quantum Josephson circuit into unconfined states
约瑟夫森电路是研究复杂非线性动力学的理想系统,而复杂非线性动力学会导致混沌行为和不稳定性。最近,量子体系中的约瑟夫森电路,特别是在微波驱动的情况下,已经证明了它们能够模拟各种可用于处理量子信息的汉密尔顿函数。在本文中,我们表明,这些驱动器导致的不稳定性,导致逃逸的电路模式进入状态,不受约瑟夫森余弦势。我们在一个无处不在的电路中观察到这种逃逸:嵌入3D腔中的transmon。当transmon占据这些自由粒子状态时,电路的行为就像结被移除一样,所有的非线性都消失了。这项工作加深了我们对强驱动约瑟夫森电路的理解,这对于基础和应用前景都很重要,例如通过参数泵浦进行的哈密顿工程。
2019-01-19 quant-ph
Sustainable entanglement production from a quantum field
我们提出了一个协议,通过该协议可以从量子场中反复提取纠缠。与先前的纠缠收获工作类似,我们称之为纠缠农业。它包括连续发送成对的未纠缠粒子通过光学腔。使用非微扰高斯方法,我们表明,在某些通用的情况下,该协议驱动器的腔场走向非热亚稳态。腔的这种状态使得通过腔发送的连续的未纠缠粒子对将可靠地出现显著的纠缠。我们计算收获过程的热力学方面,如能量和熵,以及超出少模近似的长期行为。对于可能的实验实现而言,重要的是这样一个事实,即腔的这种纠缠固定点状态在很大程度上独立于腔被制备的初始状态而达到。我们的研究结果表明,可靠的纠缠农业的基础上,这样一个固定的点状态应该是可能的,也在各种其他的实验设置,即与被纠缠的粒子替换为任意qudits和与腔替换为一个合适的水库系统。
2013-11-14 gr-qc quant-ph
Demonstrating advantages of dynamic quantum circuits on a hybrid superconducting qubit-cavity processor
Southern University of Science and Technology(南方科技大学);International Quantum Academy(国际量子研究院);Shenzhen Branch, Hefei National Laboratory(合肥国家实验室深圳分部);School of Data Science, The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen(香港中文大学(深圳)数据科学学院)
本研究在混合超导量子比特-腔处理器上实现多种算法,验证动态量子电路的优势,其10位Bernstein-Vazirani算法成功率达82%,还完成8位量子相位估计及超导平台上首个Shor算法动态电路实现。
2026-08-06 quant-ph
A Quantum Repeater Node Demonstrating Unconditionally Secure Key Distribution
长距离量子通信需要量子中继器来克服光纤中的光子损耗。在这里,我们展示了一个中继节点与两个存储原子在一个光学腔。两个原子都单独和重复地与光子纠缠,这些光子被分配,直到每个通信伙伴都独立地接收到其中一个。一个原子贝尔状态测量,然后进行经典通信,用来建立一个密钥。我们证明了密钥速率的缩放优势,将有效衰减长度增加了两倍,并且击败了无条件安全通信的11%的错误率阈值,这是基于中继器的量子网络的基石。
2021-05-18 quant-ph
Detecting an Itinerant Optical Photon Twice without Destroying It
非破坏性量子测量对于从量子传感到量子计算和量子通信的量子物理应用是核心。利用腔量子电动力学的工具箱,我们在这里串联两个相同的无损光子探测器,重复检测和跟踪通过$60\,\mathrm{m}$长光纤传播的单个光子。通过证明两个探测器的组合信噪比超过每个单个探测器约两个数量级,我们通过实验验证了级联非爆破探测器与传统吸收装置相比的关键实际益处。
2021-05-29 quant-ph
Ground state cooling of micromechanical oscillators in the unresolved sideband regime induced by a quantum well
微机械振荡器的基态冷却是腔光力学中观察量子力学效应的一个典型目标。从理论上研究了光机械腔中存在量子阱时机械振子的基态冷却。由于在量子阱存在下的模式剪裁,腔响应得到修改,并导致不对称的加热和冷却过程。这有利于冷却的机械振荡器,即使在未解决的边带制度,通过抑制斯托克斯散射。
2016-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-mediated coherence protection and one-axis twisting for spins in solids
California Institute of Technology(加州理工学院);Chimie ParisTech, PSL University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris(巴黎化学学院,巴黎文理研究大学,法国国家科学研究中心,巴黎化学研究院)
本文展示了固态中通过腔体介导的全对全相互作用,实现了超辐射发射和一轴扭曲动力学,延长了相干时间并抑制了退相位,对量子技术有重要影响。
2026-04-29 quant-ph
Optical self-cooling of a membrane oscillator in a cavity optomechanical experiment at room temperature
Università di Firenze(佛罗伦萨大学);Institute of Materials for Electronics and Magnetism, Nanoscience-Trento-FBK Division(电子与磁性材料研究所,纳米科学-特伦托-FBK分部);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Trento Institute for Fundamental Physics and Application(意大利国家核物理研究所(INFN),特伦托基础物理与应用研究所);CNR-INO(意大利国家研究委员会-光学研究所);INFN, Sezione di Firenze(意大利国家核物理研究所,佛罗伦萨分部);Delft University of Technology(代尔夫特理工大学)
本文在室温腔光力学实验中测试SiN膜振子的边带冷却极限,实现约100声子占据数的冷却效果,并指出激光经典噪声是进一步冷却的主要障碍。
2023-05-24 quant-ph
Variational Renormalization Group for Dissipative Spin-Cavity Systems: Periodic Pulses of Nonclassical Photons from Mesoscopic Spin Ensembles
介观自旋系综耦合到一个腔提供了令人兴奋的前景,观察复杂的非经典现象,池的微观特征,从一些自旋与宏观自旋系综。在这里,我们演示了如何在多达一百个自旋的合奏集体相互作用可以利用,以获得一个周期性的脉冲训练的非经典光。为了解开完整的量子动力学和光子统计,我们开发了一个时间自适应变分重整化群方法,准确地捕捉到介观自旋腔系统的Lindbladian动力学。
2018-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.atom-ph
Absorption-based Quantum Communication with NV centres
我们提出了一个方案,用于执行量子通信集线器内的纠缠交换操作(贝尔一样的测量)使用NV中心的$|\pm 1\rangle \leftrightarrow | A_2 \rangle$光学跃迁。这是基于与该跃迁共振的光子的预示性吸收。单光子吸收的量子效率很低,但可以通过将NV中心放置在微腔内以增加相互作用时间,并进一步通过在翻转其相位和/或偏振之后将泄漏的光子再循环回到腔中来提高。在整个过程中,NV通过QND测量重复监测,QND测量预示光子吸收是否成功。一旦成功,我们知道在该光子和NV中心之间发生了破坏性的贝尔测量。考虑到低损耗和高单程吸收概率,该方案允许总成功概率接近1。由于在低温下可能有长的电子自旋相干时间,该组件可能在基于存储器的量子中继器或中继器中有用。
2015-06-30 quant-ph
Analytic Theory and cQED Implementation of a Two-Qubit Refrigerator: Sub-100 mK Cavity Cooling from a 4 K Bath
North Carolina State University(北卡罗来纳州立大学);Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, Zanjan(赞詹基础科学高等研究院)
本文提出利用内部相关原子对的泊松流来冷却微波谐振腔的理论框架,通过分析不同耦合几何结构,发现双原子配置能实现更高效的量子增强冷却,实验方案利用超导量子位实现亚100mK的腔体冷却。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Synchronization of Two Ensembles of Atoms
该研究提出通过光学腔集体耦合观测两个介观原子系综相关相位动力学的系统,发现泵浦噪声和腔输出耦合诱导的动力学量子相变,揭示临界泵浦速率下系统从独立振荡到量子同步相位锁定的转变。
2013-07-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Double Quantum Dot Floquet Gain Medium
用光强驱动二能级量子系统导致由光子能量分离的Floquet态的阶梯。纳米级量子器件允许在强驱动条件下研究受限电子、声子和光子的相互作用。在这里,我们表明,在一个周期性驱动的DQD功能的单电子作为一个“Floquet增益介质”,人口不平衡的DQD Floquet准能级导致腔响应中的增益和损耗功能的一个复杂的模式。我们进一步测量了一个大的腔内光子数n_c的情况下,腔驱动场,由于平衡的Floquet图片。我们的设备在没有直流电流的情况下工作--同一个电子被反复驱动到激发态以产生粒子数反转。这些结果为进一步研究非经典光和受驱动量子系统的热化铺平了道路。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observing single quantum trajectories of a superconducting qubit
量子系统在叠加态中存在的时间长度取决于它与环境相互作用的强度。这种相互作用使量子态与环境的固有波动纠缠在一起。如果这些涨落没有被测量到,那么环境就可以被看作是一个噪声源,导致量子系统从最初的纯态随机演化成一个统计混合态,这个过程被称为退相干。然而,通过实时精确地测量环境,量子系统可以保持在纯态,并且其时间演化由以测量结果为条件的量子轨迹描述。我们采用弱测量来监测嵌入超导量子比特的微波腔,并跟踪系统的各个量子轨迹。在这种架构中,环境由腔的单个电磁模式的波动主导。使用近量子限制参量放大器,我们选择性地测量腔场的相位或振幅,从而将轨迹限制在布洛赫球的赤道或子午线上。我们沿着轨迹在离散时间执行量子态层析成像,以验证我们已经忠实地跟踪了量子系统在布洛赫球表面上扩散时的状态。我们的研究结果表明,退相干可以减轻环境监测和验证的基础上贝叶斯统计的量子反馈方法。此外,我们的实验为实现薛定谔所谓的“量子转向”提出了一条新的途径--利用远距离超距作用通过测量来操纵量子态。
2013-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Observation of a room-temperature oscillator's motion dominated by quantum fluctuations over a broad audio-frequency band
本文报道了在室温下,在与引力波探测器相关的宽频率范围内,光机械腔中量子辐射压力噪声(QRPN)的宽带测量。我们表明,QRPN驱动的运动的高反射率的单晶微谐振器,它作为一个法布里-珀罗腔的镜子。在我们的测量中,QRPN在10 kHz和50 kHz之间的所有其他噪声中占主导地位,并且与腔内循环功率的预期一致。的微谐振器,最大的噪声源旁边的QRPN的热噪声的测量和示出同意从200 Hz到30 kHz的结构阻尼模型。通过观察QRPN在音频波段的影响,我们现在有了一个研究技术的试验平台,以减轻反作用,如变分读出和压缩光注入,可用于提高引力波探测器的灵敏度。
2018-02-27 quant-ph
Nondestructive Detection of an Optical Photon
迄今为止,所有的光学探测器在探测时都会湮灭光子,因此不包括重复测量。在这里,我们展示了一个强大的光子检测方案,不依赖于吸收。相反,入射的光子被一个光学谐振器反射,该谐振器包含一个以两个态叠加的方式制备的单个原子。反射触发叠加相位,然后测量叠加相位以跟踪光子。以微弱的激光脉冲为特征的设备,实现了74%的单光子探测效率和66%的生存概率。通过重复观察光子可以进一步提高效率。该实验的大的单光子非线性将使光子量子门的发展和光的新量子态的制备成为可能。
2013-11-14 quant-ph
Complete methods set for scalable ion trap quantum information processing
大规模量子信息处理器必须能够传输和维护量子信息,并重复执行逻辑运算。在这里,我们展示了使用存储在捕获的原子离子的内部状态中的量子位来执行可扩展的量子计算所需的所有基本元素的组合。我们量化了多量子比特操作的可重复性,尽管量子比特在宏观距离上传输,但没有观察到性能损失。这些结果的关键是使用不同的铍离子超精细态对进行稳健的量子位存储、读出和门,以及同时捕获镁再冷却离子和量子位离子。
2009-07-10 quant-ph
Observing pure effects of counter-rotating terms without ultrastrong coupling: A single photon can simultaneously excite two qubits
单个光子同时激发两个量子比特的相干过程最近已经由[https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.117.043601 {Phys. Rev. Lett. 117,043601(2016)}]。我们提出了一种不同的方法来观察一个类似的动力学过程的基础上超导量子线路,其中两个耦合通量量子比特纵向相互作用的同一个谐振器。我们证明了两个量子比特的同时激发(假设它们的跃迁频率之和接近腔频率)与两个量子比特之间偶极-偶极耦合中的反向旋转项有关,并且标准的行波近似在这里是无效的。通过数值模拟绝热Landau-Zener跃迁和Rabi振荡效应,我们清楚地验证了单光子能量可以通过纵向耦合和反转项引起的高阶跃迁激发两个量子比特.与以前的研究相比,我们的系统中的相干动力学只涉及一个中间态,因此,表现出更快的速率。我们还发现了可能干扰的过渡路径。最后,通过讨论如何控制这两个相位耦合强度,我们找到了在我们的系统中同时观察相长干涉和相消干涉现象的方法。
2017-12-18 quant-ph
Proposal for Observing Nonclassicality in Highly Excited Mechanical Oscillators by Single Photon Detection
本文提出一种腔光力学态制备协议,通过相干态制备与单拉曼散射光子投影测量,使任意大相干振幅的机械振子进入非经典态,并借助拉曼边带光子统计观测其亚泊松声子分布。
2024-01-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fighting decoherence in a continuous two-qubit odd or even parity measurement with a closed-loop setup
对两个量子比特的奇偶性测量,每个量子比特由腔中的单个原子组成,可以通过测量探测光束的相移来实现,探测光束顺序地与两个量子比特相互作用,但是不完美导致给定奇偶性的子空间内的退相干。我们证明了一个不同的设置,其中探测光与量子比特反复相互作用,可以显着降低奇或偶奇偶子空间内的退相干率。我们考虑的情况下,共振和非共振光原子相互作用的情况下,发现的性能是相当的,如果参数选择适当。
2014-10-03 quant-ph
Efficient qubit measurement with a nonreciprocal microwave amplifier
观察量子对象的行为从根本上扰动了它的状态,导致随机游走到测量算符的本征态。理想地,测量负责量子态的所有退相。在实践中,测量设备中的缺陷限制或破坏量子反馈协议所需的信息流,这是由测量效率量化的效果。在这里,我们展示了使用非互易参量放大器直接监测读出腔的微波场的超导量子比特的有效测量。通过减小腔体和放大器之间的损耗,我们实现了$72\%$的测量效率。放大器的方向性保护读出腔和量子比特免受放大的真空波动引起的过度反作用。除了为进一步提高强投影测量的保真度提供工具外,这项工作还为理想弱测量的实验研究创建了一个测试平台,并为基于弱测量的量子反馈协议开辟了道路,如状态稳定或纠错。
2020-12-07 quant-ph
Ground-state cooling of a massive mechanical oscillator by feedback in cavity magnomechanics
将大质量力学振子的运动冷却到它的量子基态对于观察力学系统中的宏观量子效应起着至关重要的作用。在这里,我们提出了一个基于测量的反馈冷却协议,在腔磁力学,是能够冷却到其基态的宏观铁磁体的机械振动模式。机械模式通过色散磁致伸缩相互作用耦合到磁振子模式,并且后者进一步通过磁偶极子相互作用耦合到微波腔模式。通过测量微波腔输出场的幅度并将与输出场的幅度波动成比例的力施加到机械振荡器上来引入反馈回路。我们表明,通过适当地设计反馈增益,机械阻尼率可以显着提高,而机械频率不受影响。因此,振动模式可以在低温下在未分辨边带区域中冷却到其量子基态。该协议是专为使用铁磁材料,具有强磁致伸缩以及大的磁振子耗散腔磁力系统。
2022-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum coherence in ultrastrong optomechanics
光机械系统中的超强光-物质相互作用会导致光子阻塞等非线性光学效应。在这种系统中的系统浴耦合在观察这些效果中起着至关重要的作用。本文利用缀饰态主方程方法研究了光机系统的量子相干性。我们的主方程包括光子数相关的条款,诱导在这个系统中的退相。利用缀饰态主方程研究了腔退相、二阶光子关联和两腔纠缠。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-Strong Optomechanics Incorporating the Dynamical Casimir Effect
我们提出了一种超导电路,包括一个dc-SQUID与机械兼容的臂嵌入在一个共面微波腔,实现了一个光机械系统与退化或非退化的参数通过动态卡西米尔效应产生的相互作用。对于实验可行的参数,这种设置是能够达到单光子,超强耦合制度,同时拥有接近重整化腔频率的参数耦合强度。这为在单光子水平上观察这两种基本非线性之间的相互作用提供了可能性。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observing a quantum Maxwell demon at work
与热力学热力学定律明显矛盾的是,麦克斯韦恶魔能够利用其微观状态的信息,从与热浴接触的系统中周期性地提取功。要解决这个悖论,就必须认识到信息和热力学之间存在着密切的关系。在这里,我们实现了一个麦克斯韦恶魔实验,跟踪在经典和量子制度的每个组成部分的状态。该魔鬼是一个微波腔,它编码关于超导量子比特的量子信息,并通过受激发射为传播的微波脉冲供电,将信息转换为功。由于超导电路的高水平控制,我们直接测量提取的功并量化恶魔记忆中剩余的熵。这个实验为热力学与量子信息的相互作用提供了一个启发性的例证。
2017-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Cavity-Enhanced Long-Distance Coupling of an Atomic Ensemble to a Micromechanical Membrane
我们讨论了一个混合量子系统,其中位于光学腔中的介质膜耦合到被困在光晶格中的远距离原子系综。这种耦合是通过晶格激光器的边带光子交换来实现的,并且通过腔的精细度以及原子数的平方根来增强。除了观察两个系统之间的相干动力学,人们还可以通过激光冷却原子来开启定制的耗散,从而允许膜的共振冷却。由此产生的冷却方案不需要解决边带条件的腔,这放松了在标准光机械腔冷却的约束。我们提出了一个量子力学处理这个模块化的开放系统,考虑到占主导地位的不完善之处,并确定最佳的操作点相干动力学和交感冷却。特别是,我们发现,基态冷却的低温预冷膜是可能的现实参数。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Towards quantum superpositions of a mirror
提出了一种利用单光子与微镜相互作用产生$10^{14}$原子量子叠加态的方案。这面镜子安装在一个高质量的机械振荡器上,是构成迈克耳孙干涉仪一个臂的高精细光学腔的一部分。通过只观察光子的干涉,人们可以研究涉及反射镜的叠加的产生和退相干。所有实验要求似乎都在现有技术的范围内。
2002-09-30 quant-ph
Quantum nondemolition measurement of optical field fluctuations by optomechanical interaction
根据量子力学,如果我们持续观察一个连续变量,我们通常会干扰它的演化。然而,对于一类可观测量,可以实现所谓的量子非破坏测量:通过将微扰限制在共轭变量上,可以以任意精度估计可观测量,或者在已知状态下进行准备。例如,当光在可移动的镜子上反弹时,其强度不会受到扰动(仅在辐射的相位上看到影响),但辐射压力允许通过观察镜子运动来追溯其波动。在这项工作中,我们实现了一个基于振荡微镜的腔光机实验,我们测量输出光强波动和镜子运动之间的相关性。我们表明,前者的不确定性降低到低于由光的微粒性质所确定的散粒噪声水平。
2018-05-29 quant-ph
Direct Measurement of Zak Phase and Higher Winding Numbers in an Electroacoustic Cavity System
提出一种通过电声耦合谐振器中的绝热态演化直接测量拓扑不变量的方法,成功观测到SSH模型及其扩展中的量子化Zak相位,为拓扑不变量识别提供实验证据。
2025-05-27 cond-mat.other quant-ph
Optomagnonics in Magnetic Solids
光子到磁振子的相干转换,并返回,提供了一种自然的机制,用于快速控制具有长相干时间的静止自旋和高速光子之间的相互作用。尽管光子和磁振子之间存在很大的频率差,但相干转换可以通过一个磁振子和两个光子之间的三粒子相互作用来实现,这两个光子的频率差与磁振子频率共振,就像在光学力学中有两个光子和一个声子一样。光学腔中透明铁磁绝缘体(如铁氧体钇铁石榴石)的大自旋密度提供了固有的光子-磁振子耦合强度,我们计算超过了报告的光机械耦合。一个大的腔光子数和适当选择的腔失谐产生足够的预测有效耦合强度观察电磁感应透明和Purcell效应,甚至达到超强耦合制度。
2016-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Iterative assembly of $^{171}$Yb atom arrays with cavity-enhanced optical lattices
本研究结合光镊与腔增强光晶格,通过重复填充的储库迭代组装原子阵列,实现1225位点99%占据率的近确定性填充,可支持长时大规模纠错量子计算。
2024-06-18 physics.atom-ph quant-ph
Homodyne tomography of a single photon retrieved on demand from a cavity-enhanced cold atom memory
我们的实验表明,在原子存储器中制备的非经典态可以有效地转移到一个自由传播光的单模。通过按需从冷原子气体中获取单个激发,我们实现了在纯的、完全受控的量子态中制备的单光子的有效源。我们使用两种检测方法,一种是基于光子计数分析,第二种是使用零差层析成像来重建状态的密度矩阵和维格纳函数。后一种技术使我们能够完全确定模式的检索光子在其精细的相位和振幅的细节,并证明其非经典场统计通过观察一个负的维格纳函数。我们测量的光子检索效率高达82%和原子存储器的相干时间为900纳秒。这种设置非常适合于研究原子激发之间的相互作用,并使用它们来创建和操纵具有高度实验控制的更复杂的光量子态。
2014-02-24 physics.atom-ph quant-ph
Real-time quantum feedback prepares and stabilizes photon number states
反馈回路是大多数经典控制程序的核心。控制器将由传感器测量的信号与目标值进行比较。然后,它调整致动器,以稳定朝向其目标的信号。推广这种方案来稳定微系统的量子态依赖于量子反馈,这必须克服一个基本的困难:传感器的测量对系统具有随机反作用。最佳折衷采用提供具有最小扰动的部分信息的弱测量。控制器应该包括在计算致动器的酉操作中的这种扰动的影响,使增量扰动状态更接近目标。虽然这种情况的某些方面已经在实验上证明了量子或经典微系统变量的控制,但将量子系统永久稳定在目标状态周围的连续反馈回路操作尚未实现。我们已经实现了这样一个实时稳定的量子反馈方案。它在超导腔中按需制备微波场的光子数态(Fock态),随后逆转退相干引起的场量子跃迁的影响。传感器是一束穿过腔体的原子,它重复地对光子数进行弱量子非破坏测量。该控制器是在一个实时计算机中实现的命令注射,测量之间,调整小经典领域的腔。微波场是一个量子振荡器,可用作量子存储器或原子之间交换信息的量子总线。通过证明主动控制可以产生该振荡器的非经典态并对抗它们的退相干,该实验是实现复杂量子信息操作的重要一步。
2011-07-20 quant-ph
Strong coupling between a single quantum dot and an L4/3 photonic crystal nanocavity
我们证明了单个量子点与GaAs基L4/3型光子晶体纳米腔之间的强耦合。L4/3腔支持高的理论Q因子(~8{ \times } 10 ^6)、小的模体积(~ 0. 32(λ/n)^3)和电场分布,其中最大电场位于主体介电材料内,这有利于与量子点的强耦合。我们制作了L4/3腔,用光致发光测量观察到超过80,000的高Q因子。通过观察光谱中的明显反交叉,我们证实了单个量子点与Q因子为33,000的L4/3腔之间的强耦合。
2020-07-30 physics.optics quant-ph
Scalable on-chip integration of diamond color centers for cryogenic quantum photonics
Yokohama National University(横滨国立大学);The University of Tokyo(东京大学);Hiroshima University(广岛大学)
本文提出了一种芯片集成的钻石光子晶体腔,包含氮空位中心,通过边缘耦合光纤观察到NV中心发射的Purcell增强,展示了钻石色心的低温操作,为可扩展的钻石量子通信平台奠定基础。
2026-04-08 quant-ph