Single-photon superradiance and subradiance in helical collectives of quantum emitters
Quantum Biology Laboratory, Howard University(霍华德大学生物量子实验室)
研究通过分析单光子与连续分布的量子发射体在无限直线和无限螺旋上的相互作用,推导了集体衰减率和拉姆移的解析表达式,并比较了不同结构的极限情况,揭示了离散与连续发射体案例的差异,为量子信息处理中的超辐射纠错和亚辐射存储提供了理论支持。
2025-10-26 quant-ph
Superradiance of non-Dicke states
1954年,迪克预测,一个量子发射器系统被限制在一个亚波长体积内,将产生一个超辐射爆发。对于这样的爆发发生,发射器必须在零偶极矩的特殊Dicke状态。我们表明,超辐射爆发也可能出现非Dicke初始状态与非零的偶极矩。无论是迪克和非迪克初始状态,超辐射的出现是由于在发射状态的量子相位的色散的减少。对于非Dicke态,量子相位与调制偶极矩振荡的长周期包络的相位有关。量子相位色散的减小导致包络相位色散的减小,这导致包络的相长干涉和超辐射爆发。
2016-12-03 quant-ph
Attaining near-ideal Dicke superradiance in expanded spatial domains
本文研究等离激元波导和介电光子晶体等ENZ结构在扩展空间域中实现近理想Dicke超辐射的潜力,提出一种基于退相干矩阵的通用评估方法,并通过数值分析揭示了全互连相互作用下量子相干性的作用及最大光子爆发率的判定意义。
2024-01-03 physics.optics quant-ph
Signatures of cooperative emission in photon coincidence: Superradiance versus measurement-induced cooperativity
长度尺度小于光的波长的不可分辨的量子发射体成为超辐射体。与不相关和可区分的发射器相比,超辐射导致光学信号的定性修改,例如光子符合。然而,最近的实验表明,类似的签名也可以在发射器太远分离的超辐射的情况下,如果发射器之间的相关性引起的发射角选择性光子探测事件期间的波函数崩溃。在这里,我们比较了两个源的合作发射,超辐射和测量诱导的合作,并分析其对时间相关的光信号的影响。我们发现,在零时间延迟的光子重合的反浸是一个签名的发射器间的相关性一般,但并不明确地证明存在的超辐射。这表明,在零时间延迟的光子重合是不够的,时间相关的数据是必要的,以清楚地表明自发辐射衰减率的超辐射增强。
2023-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulating superradiance from higher-order-intensity-correlation measurements: Single atoms
超辐射通常需要制备处于高度纠缠的多粒子态的原子,即所谓的迪克态。在本文中,我们讨论了另一种途径,我们准备这样的国家从最初不相关的原子的测量过程。通过测量高阶强度关联,我们证明了从原子的完全激发态出发,可以模拟Dicke超辐射的发射特性。我们描述的本质计划,首先调查两个激发原子。在这里,我们演示了如何通过Hanbury布朗和Twiss类型的测量,我们可以产生迪克超辐射和亚辐射显示通常与两个原子在单激发对称和反对称迪克状态,分别。此后,我们将该计划推广到任意数量的原子和探测器,并详细解释了导致这一结果的机制。这种方法表明,Hanbury Brown和Twiss型强度干涉与Dicke超辐射现象可以看作是同一枚硬币的两面。我们还提出了一个紧凑的结果的特征泛函,产生所有的订单强度强度相关。
2015-09-23 quant-ph
Signatures of superradiance as a witness to multipartite entanglement
该研究定量探究超辐射与多体纠缠的关联,分析半导体纳米激光器中表现为自发辐射时间修正的超辐射特征能否作为检测发射器底层态纠缠的见证,为量子纠缠检测提供新的研究方向。
2023-06-15 quant-ph
Universality of Dicke superradiance in arrays of quantum emitters
迪克超辐射是通过相关耗散出现宏观量子相干性的一个例子。从一个初始的非相干态开始,一组激发的原子在衰变时相互作用,产生一个宏观的偶极矩,并发出一个短而强的光脉冲。虽然在腔中得到了很好的理解,但由于复杂性随原子数的指数增长,超辐射在扩展系统中仍然是一个悬而未决的问题。在这里,我们表明,迪克超辐射是一个普遍的现象,在有序阵列。我们提出了一个理论框架-这规避了问题的指数复杂性-这使我们能够预测临界距离超过迪克超辐射消失。这个临界距离高度依赖于维数和原子数。我们的预测可以在中性原子,分子和固态发射器阵列的最先进的实验中进行测试,并为理解多体衰变在量子模拟,计量学和激光中的作用铺平道路。
2022-05-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Continuous Narrow-Linewidth Superradiance in Waveguide QED
University of Innsbruck(因斯布鲁克大学);Institute for Quantum Optics and Quantum Information of the Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院量子光学和量子信息研究所);Leibniz Universität Hannover(汉诺威莱布尼茨大学);Department of Physics, Harvard University(哈佛大学物理系)
研究利用纳米光子波导介导的相互作用,通过选择性泵浦发射器子集合构建有源光学频率参考,实现窄带频率选择和有效反馈机制,带来计量增益,为基于波导的光学频率参考开辟道路。
2026-07-08 quant-ph
Cooperative emission in quantum plasmonic superradiance
等离子体超辐射起源于等离子体介导的强相关性,其在偶极发射体与金属纳米颗粒之间建立。这导致了快速的发射爆发,使得等离子体超辐射构成了对集成量子纳米光学平台具有强烈兴趣的超快且极其明亮的光学纳米粒子。我们通过建立系统的动力学来阐明超辐射效应,包括偶极子的方向,它们到粒子的距离和活跃的等离子体激元模式的数量等所有特征。我们确定了一个最佳的配置珀塞尔增强超辐射。我们还显示了超辐射封锁在小距离。
2019-07-27 quant-ph
Dicke Superradiance in Extended 2D Quantum Arrays Coupled to Metasurface Bound States in the Continuum
University of Manchester(曼彻斯特大学);Newcastle University(纽卡斯尔大学);A*STAR (Agency for Science, Technology and Research)(新加坡科技研究局);Consejo Superior de Investigaciones Científicas(西班牙高等科学研究委员会)
利用超材料本征态在连续体实现扩展二维量子阵列中的迪克超辐射,通过高效耦合克服子波长限制,实现理想化超辐射极限。
2026-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement generation from degeneracy breaking of superradiant Liouvillian steady states by local operations
SUPA, Institute of Photonics and Quantum Sciences, Heriot-Watt University(苏格兰超物理联盟光子学与量子科学研究所,赫瑞瓦特大学)
该研究利用简并非厄米微扰理论,通过引入非相干局域操作打破超辐射Liouvillian稳态简并性,在辐射体间产生并展现出鲁棒的纠缠,揭示了局域操作与纠缠产生的关联。
2026-10-14 quant-ph
Symbolic Quantum-Trajectory Method for Multichannel Dicke Superradiance
University of Innsbruck(因斯布鲁克大学);Harvard University(哈佛大学);TU Darmstadt(达姆施塔特工业大学);Max Planck Institute for the Science of Light(马克斯·普朗克光科学研究所);Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)(埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学)
本文提出一种符号量子轨迹方法,用于研究多通道迪克超辐射,通过闭合时间域的粒子数和可观测量的指数求和,揭示了多通道衰变路径下的超辐射峰值时间与强度的标度律。
2026-08-28 quant-ph
Cooperative Effects in Thin Dielectric Layers: Long-Range Dicke Superradiance
本研究探讨薄介电层中量子发射器的集体效应,发现导波模式介导长程相互作用,实现跨越数波长的全向与定向超辐射,并支持均匀环境中无法实现的迪克超辐射,揭示了环境维度与集体量子动力学的独特关联。
2025-01-24 physics.atom-ph quant-ph
Critical dephasing rates for the observation of collective behavior in a pair of coupled quantum emitters
Université Paris-Saclay, CNRS, Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay, CentraleSupélec, LuMIn(巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、巴黎萨克雷高等师范学院、中央理工-电子学院、LuMIn)
研究耦合量子发射体中集体行为的临界去相位速率,通过理论分析确定实验可观测量的阈值,指导实验优化观测集体量子现象的条件。
2026-10-05 quant-ph
Simulating Dicke like superradiance with classical light sources
在本文中,我们调查的迪克超辐射,最初预测的纠缠态的二能级原子的系综,和Hanbury布朗和Twiss效应,最初在天文学中建立,以确定经典光源的尺寸,如恒星之间的密切关系。通过研究由经典源产生的场的状态演化-由正的Glauber-Sudarshan P函数定义-当在广义Hanbury Brown和Twiss装置中记录高阶强度相关时,我们发现最后检测到的光子的角分布,除了偏移,与处于纠缠对称Dicke态的二能级原子系综所产生的超辐射发射模式相同。我们表明,这种现象来自投影测量引起的测量的光子在远场的源和置换叠加的量子路径相同的情况下,导致超辐射的单光子发射器。因此,我们指出了一个重要的相似之处,经典的源和量子发射器检测光子,如果特定的光子源仍然未知。最后,我们提出了一个紧凑的结果的特征功能,产生任意顺序的任何类型的光源的强度相关性。
2016-06-10 quant-ph
Optical superradiance of a pair of color centers in an integrated silicon-carbide-on-insulator microresonator
基于色心的量子信息处理技术的一个突出挑战是将光学相干发射器集成到可扩展的薄膜光子学中。在这里,我们报告的集成近变换限制硅空位(V $_{\text{Si}}$)的缺陷到微盘谐振器中制造的CMOS兼容的4 H-绝缘体上碳化硅平台。我们证明了一个单发射器的协同高达0.8,以及从一对色心耦合到同一腔模式的光学超辐射。我们研究了多模干涉对多发射腔量子电动力学系统中光子散射动力学的影响。这些结果对于碳化硅中量子网络的发展至关重要,并通过将光学相干自旋缺陷与晶圆可扩展的最先进光子学相结合来弥合经典量子光子学的差距。
2022-02-10 physics.optics quant-ph
From Superradiance to Superabsorption: An Exact Treatment of Non-Markovian Cooperative Radiation
Universidad Complutense(康普顿斯大学);CCS-Center for Computational Simulation, Campus de Montegancedo UPM(UPM蒙特加内多校区计算模拟中心)
研究两能级原子系综与有损谐振腔耦合时协同辐射现象,通过推导双发射体解析解及用数值精确方法研究更大系综,刻画了多达\(10^3\)个发射体系统从马尔可夫到非马尔可夫集体动力学的转变。
2026-07-07 quant-ph
Quantifying the breakdown of the rotating-wave approximation in single-photon superradiance
我们定量地研究了量子发射体计算集体光发射时,特别是在弱激发极限下,行波近似的崩溃。我们的出发点是一个已知的多重散射形式主义,其中完整的光-物质相互作用导致诱导的发射极间的相互作用所描述的经典格林函数的非均匀介电介质。然而,当在光-物质相互作用中进行RWA时,这些诱导的相互作用不同于经典的格林函数,对于自由空间,我们发现原子间相互作用强度减少了两倍。相比之下,对于相应的标量模型,发射极间相互作用的相对RWA误差甚至在近场发散。对于两个相同的发射器,由于RWA在集体光发射中的误差将在发射光谱中出现,但不在次辐射和超辐射衰减率中出现。在两个不相同的发射器的情况下,通过进行RWA,集体发射率也将不同。对于三个或三个以上相同的发射体,原子间相互作用中的RWA误差通常会影响集体发射光谱和集体衰变率。具有离散旋转对称性的环构型是一个有趣的例外。有趣的是,在集体衰减率的最大误差,由于使RWA不发生在极端近场限制。
2021-12-09 physics.optics quant-ph
Superradiance and subradiance in inverted atomic arrays
超辐射和亚辐射是量子发射体之间相干相互作用产生的集体效应。由于它们的多体性质,对长度大于原子跃迁波长的扩展样品的理论研究通常限于它们的早期行为或少激发极限。我们在这里使用的平均场的方法来减少复杂的多体系统的一个有效的两原子主方程,包括所有的相关性高达二阶,可以在时间上进行数值传播。我们发现,三维和二维倒置的原子阵列维持超辐射低于临界晶格间距和量化的超辐射峰的缩放两个维度。最后,我们研究了系统的后期动力学,并证明了一个subradiant阶段出现之前,系统最终放松。
2022-12-01 quant-ph
Theory of dynamical superradiance in organic materials
Aalto University School of Science(阿尔托大学理学院);University of St Andrews(圣安德鲁斯大学)
本文研究有机材料中集体能量交换的动态超辐射现象,通过两种模型分析振动效应,提出精确求解方法,验证了平均场和二阶累积近似,并揭示了振动耦合对超辐射的增强作用。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Dissimilar collective decay and directional emission from two quantum emitters
我们研究了两个远距离量子发射体通过一维波导耦合的系统,其中电磁场具有方向相关的速度。因此,集体发射的开始是非同时的,并且对于适当的参数,当发射器之一表现出超辐射时,另一个可以是亚辐射的。干涉效应使系统能够根据原子状态和场传播相位沿优先方向辐射。我们的特点,这种定向发射作为一个函数的各种参数,划定最佳方向性的条件。
2022-05-02 quant-ph
Superradiance-Mediated Photon Storage for Broadband Quantum Memory
超辐射,其特征在于从激发的发射器系综集体地、相干地发射光,在时间尺度上比单个原子的自然寿命更快地产生光子信号。在超辐射状态下,原子发射体和光子场之间的相干性的快速交换使得快速、宽带量子存储成为可能。我们证明了这种超辐射记忆机制在冷铷原子的合奏,并验证该协议是适合的时间尺度短于原子的自然寿命的脉冲。我们的模拟结果表明,超辐射内存协议产生最高的带宽存储在同一系统中的协议。这些高带宽量子存储器为快速处理光学和微波光子信号提供了独特的机会,并应用于大规模量子通信和量子计算技术。
2022-10-04 physics.atom-ph quant-ph
Mirror symmetry breaking of superradiance in a dipolar BEC
本研究聚焦偶极BEC中原子偶极相互作用对超辐射的影响,通过Bogoliubov变换简化相互作用效应,发现各向异性Bogoliubov激发会打破超辐射衰减模式的镜像对称性,为理解多体系统中发射体直接相互作用的作用提供了新依据。
2024-09-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Electronic superradiance mediated by nuclear dynamics
本文扩展Dicke模型研究核运动对超辐射发射的影响,通过动力学模拟揭示了暗态布居泄漏的新时间尺度,并发现可通过调节核势能面控制暗态发射途径。
2025-02-03 physics.optics quant-ph
Cooperativity of a few quantum emitters in a single-mode cavity
从理论上研究了单模腔与介观多个非相干泵浦量子辐射源耦合的辐射特性。我们提出了一个操作措施的介质合作,有效的坏腔和好腔制度。我们发现,相反的制度的亚辐射和超辐射对应的负和正的协同性,分别。激光制度的特点是由非负的协同性。在坏腔制度,我们表明,合作定义的过渡从亚辐射到超辐射。在良好的腔状态下,它有助于定义激光阈值,还提供指示激光状态的可区分的签名。提高腔模的质量会引起从单独的超辐射到激光区的交叉。此外,我们还验证了激光在很大范围内表现为正合作行为,表明受激发射和超辐射可以共存。的鲁棒性的协同性进行了研究,相对于实验的缺陷,如非均匀加宽和纯移相。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extensive mixed-state entanglement in kinetically constrained superradiance
University of Vienna(维也纳大学);TU Wien(维也纳工业大学)
研究通过引入局部动能约束,在保持Dicke超辐射核心特征的同时,产生大量混合态纠缠。分析得出发射率下限,推导出峰值强度与时间关系,并展示其在中性原子阵列中的实验实现可能性。
2026-05-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Many-body superradiance and dynamical mirror symmetry breaking in waveguide QED
针对扩展二能级系统多体衰变难题,研究一维波导中发射器阵列的Dicke超辐射现象,推导了爆发发生的最小条件,发现类雪崩行为引发镜像对称破缺,为关联光子态生成提供明确证据。
2023-07-24 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Scaling theory of decoherence in Dicke superradiance
TU Darmstadt(达姆施塔特工业大学);Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg(埃尔朗根-纽伦堡大学);Max Planck Institute for the Science of Light(马克斯·普朗克光科学研究所);CNRS and Université de Strasbourg(法国国家科学研究中心与斯特拉斯堡大学)
该研究针对Dicke超辐射建立含局域退相与自发发射的标度理论,揭示三种标度区域及对应连续相变,阐明局域退相干会抑制大N下的$N^2$标度。
2026-07-31 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Collective states of multi-level emitters: The role of multi-level interferences
Freie Universität Berlin(柏林自由大学)
研究充分考虑量子发射体多能级性质时光与物质集体态的差异,通过分析近共振跃迁干涉对集体态特性的影响,发现超辐射发射体间距下限,提出分子候选并描述多能级干涉实验特征。
2026-07-29 quant-ph
Dicke superradiance requires interactions beyond nearest-neighbors
该研究提出通过辅助哈密顿量谱半径上界限定发射速率的理论方法,证明仅最近邻相互作用的有序阵列无法产生Dicke超辐射,明确其至少需要次近邻相互作用,并得出指数衰减相互作用的临界耦合特性,为多体量子系统集体衰变研究和超辐射应用设计提供关键依据。
2023-06-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Intensity fluctuations in steady state superradiance
具有超窄光学跃迁的碱土类原子在稳态下能够产生超辐射。发射的光有望具有前所未有的稳定性,线宽窄至几毫赫兹。为了评估这种光源作为超稳振荡器在时钟和精密计量应用中的潜在用途,了解这种器件的噪声特性至关重要。本文用蒙特卡罗模拟和半经典近似方法详细分析了光强起伏。我们发现,光在阈值以下呈现聚束,在超辐射区近似相干,在第二阈值以上呈现混沌。
2010-05-05 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Observation of Dicke Superradiance for Two Artificial Atoms in a Cavity with High Decay Rate
一个单独的激发二能级系统通过发射一个单光子而衰变到它的基态,这个过程被称为自发发射。根据量子理论,探测到发射光子的概率随着从二能级系统激发起经过的时间呈指数下降。1954年,迪克首先考虑了两个发射体在彼此非常接近的情况下发生衰变的更微妙的情况。他认为,一个两能级系统的发射动力学会因第二个系统的存在而改变,即使它处于基态。在这里,我们提出了一个接近理想的实现迪克的原始双自旋Gedanken实验,使用一个系统的两个单独可控的超导量子比特弱耦合到一个微波腔的快速衰减速率。的两个发射器的情况下,超辐射的明确表明,无论是在时间分辨测量的发射功率和通过完全重建的密度矩阵的发射场的光子数的基础上。
2014-12-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Elucidating Dicke Superradiance by quantum uncertainty
最近,它被显示在参考[物理。112,140402(2014)],在超辐射的理想化Dicke模型中,在系统的总演化时间期间,系统的任何分区之间没有纠缠。这一结果立即使我们质疑,量子信息理论的其他测量方法是否可以解释短时间间隔内能量释放的特征。在这项工作中,我们确定的不确定性,纯粹的量子起源的属性负责迪克超辐射。由Wigner-Yanase偏斜信息(WYSI)捕获的样品的每个发射极的布居的量子不确定性与相关辐射率成比例,相关辐射率是来自偶极相关的总辐射功率的一部分,并且负责在短时间内释放大强度的辐射能量。我们还证明了称为局域量子不确定性的关联测度,即所有局域观测量上WYSI的最小化,呈现出由环境引起的双重突变。这两个突然变化之间的时间窗口用于定义系统的对称全局可观测量对于$N \rightarrow \infty$表现为经典行为的间隔,尽管发射体保持强量子相关。
2016-04-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum emitters coupled to surface plasmons of a nano-wire: A Green function approach
我们研究了一个系统,包括一个单一的,以及两个发射器强烈耦合到表面等离子体模式的纳米线使用格林函数的方法。显式表达式推导出的自发衰减率到等离子体模式和原子等离子体耦合以及等离子体介导的原子-原子耦合。现象由于存在的金属中的损失进行了讨论。在两个原子的情况下,我们观察到迪克子和超辐射导致他们的等离子体介导的相互作用。基于这一现象,我们提出了一种确定性双量子比特量子门的方案。我们还讨论了一个可能实现的有趣的多体哈密顿,如自旋玻色子模型,使用强发射极等离子体耦合。
2010-02-17 quant-ph
Quantum coherence and speed limit in the mean-field Dicke model of superradiance
Dicke超辐射是一种原子系综与电磁辐射的集体耦合现象。本文讨论了平均场近似下Dicke超辐射模型的量子相干性的量化。我们发现单原子相干性的$l_1$ -范数由超辐射系统辐射的归一化平均强度的平方根给出。这验证了量子相干性作为一个有用的品质因数对理解超辐射现象的平均场方法。特别是,这一结果表明,探测单原子的相干性,通过辐射强度在超辐射系统,这可能是有用的实验实现是不可行的地址单独原子。此外,给定含时单原子态的非线性幺正动力学,有效地描述了$N$原子系统,我们分析了量子速度极限时间及其与相干性的$l_1$ -范数的相互作用。我们验证了量子相干性加速了超辐射系统的演化,即,在单原子态上存储的相干性越多,演化越快。这些发现揭示了超辐射系统中量子相干性所起的作用,这反过来可能会引起凝聚态物理和量子光学界的兴趣。
2020-11-16 quant-ph
Theory of the crossover from lasing to steady state superradiance
激光和稳态超辐射是两种初看起来截然不同的现象。在激光器中,相位信息由宏观腔内光场保持,并且该相位的鲁棒性是导致输出光的相干性的原因。相反,稳态超辐射系统的相干性来自于多原子系综的宏观集体偶极。在本文中,我们发展了一个量子理论,它在这两个极限之间平滑地连接起来。我们表明,激光和稳态超辐射应被认为是一个连续的交叉的两个极端的限制。系统的性质,在于超辐射,激光,和交叉参数区域进行了比较。我们发现,对于一个给定的输出强度较窄的线宽可以通过操作更接近的超辐射侧的交叉。我们还发现,集体相位是强大的对腔频率波动的超辐射制度和对原子水平的波动在激光制度。
2017-02-16 quant-ph
Unraveling superradiance: Entanglement and mutual information in collective decay
本文使用量子态扩散方法研究了二能级发射体在压缩光子库和一维波导中的集体衰变,发现超辐射爆发的特征可通过完全可分态的平均来描述,并据此提出了精确的纯经典理论。
2025-07-10 physics.atom-ph quant-ph
Collective bosonic effects in an array of transmon devices
多个发射体与电磁模式相干相互作用产生集体效应,例如相关衰变和相干交换相互作用,这取决于发射体的分离。通过对角化有效非厄米多体哈密顿量,我们揭示了编码衰变和相互作用特性的复值本征值谱。我们发现,有显着的差异,在新兴的影响相比,二能级系统和谐振子的相互作用的非谐振子阵列。玻色衰变率的最superradiant状态的填充因子的函数线性增加,并超过了两个级别的系统的幅度。此外,对于玻色子系统,在每个填充因子处形成暗态。这些是在强烈的对比与两个级别的系统,其中观察到的最大超辐射在半填充和较大的填充因子超辐射减弱,没有暗态形成。作为玻色波导QED的实验相关装置,我们着重于矩形波导中嵌入的传输子器件阵列。具体地说,我们研究了在M中实验实现的两个transmon对的设置。Zanner等人,arXiv.2106.05623(2021),并表明有必要考虑transmons作为玻色子多级发射器,以准确地恢复更高激发流形的正确集体效应。
2021-12-22 quant-ph
Different Types of Coherence: Young-type Interference versus Dicke Superradiance
迪克超辐射,即,相干辐射的增强的自发发射通常归因于由同步偶极子相干同相振荡所发射的辐射。与此同时,Dicke推导了超辐射假设原子处于纠缠Dicke态,不显示任何偶极矩。为了揭示这一明显的悖论,我们研究了两个相同的二能级原子在纠缠Dicke态或可分离的原子态与非零的偶极矩所产生的强度分布。我们发现,这两种配置产生类似的远场强度模式,但是,从根本上不同类型的相干性:而在第二种情况下,原子显示的单个粒子之间的相干性,导致杨型干涉已知从经典偶极子,原子在迪克状态具有集体相干性,导致增强的自发发射。这表明同步偶极产生的辐射和迪克超辐射是根本不同的现象,必须以不同的方式解释。
2021-05-11 physics.optics quant-ph
Single photon superradiance and cooperative Lamb shift in an optoelectronic device
单光子超辐射是当大量二能级系统共享单个激发时出现的自发发射的强增强。这种增强的速率可以伴随着发射频率的偏移,合作兰姆偏移,由发射器之间的虚光子交换产生。在这项工作中,我们提出了一个半导体光电子器件允许在室温下观察这两种现象。我们从实验和理论上证明了空间分离量子阱中的等离子体振荡通过实光子和虚光子交换相互作用。这引起了一个超辐射模式显示一个大的合作兰姆位移。
2016-10-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Superbunching and Nonclassicality as new Hallmarks of Superradiance
超辐射,即,由Dicke于1954年提出的全同二能级原子系综在集体态下的相干辐射的自发发射是量子光学中的一个谜。令人吃惊的要点是,即使原子没有偶极矩,它们在特定方向上的辐射强度也会增加。随着我们对纠缠态$W$中原子超辐射的理解的进展,我们研究了超辐射的量子统计性质。这样的研究要求系统至少有两个激发,因为人们需要探索这些状态发射的辐射的光子-光子相关性。我们提出了具体的结果的空间分辨光子光子关联的双激发$W$态制备的系统,并给出了条件时,原子系统发出非经典光。同样,我们推导出了聚束甚至超聚束发生的条件,这是一种罕见的现象,只有从像压缩真空这样的非经典光态中才能知道。最后,我们研究了自发散射光的光子-光子互相关,并强调了这种互相关的非经典性。
2015-11-03 quant-ph
Single-photon superradiance from a quantum dot
报道了半导体量子点中激子单光子超辐射的观测结果。量子点的限制强到足以模拟二能级原子,但又弱到足以确保超辐射。电子和空穴之间的静电相互作用,包括激子引起的非谐光谱,我们利用准备超辐射量子态确定性与激光脉冲。与传统量子点相比,我们观察到振荡器强度的五倍增强。增强是有限的,我们的低温恒温器的基础温度,并可能导致振荡器的强度超过1000从一个单一的量子发射器在光频率。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Emergence of superradiance in dissipative dipolar-coupled spin systems
本文利用含非久期项的涨落调节量子主方程研究简化偶极耦合自旋网络,证明弱系统-浴耦合下可涌现超辐射,并用 N^2 强度与 1/N^2 弛豫标度加以刻画。
2024-06-13 quant-ph
Distant emitters in ultrastrong waveguide QED: Ground-state properties and non-Markovian dynamics
本文从自旋玻色子模型出发,在旋转波近似下研究了两个两能级辐射体与一维欧姆波导耦合系统的静态和动态性质。利用静态和动态极化子Ansätze方法研究了有限间距对两量子比特系统的类伊辛相互作用、量子比特频率重整化、基态磁化强度和纠缠熵的影响.基于以前的工作,我们推导出一个有效的近似哈密顿量的双杂质SBM保持激发数,从而方便的分析处理。特别是,它使我们能够引入非马尔可夫性所产生的延迟反馈效应在两个遥远的发射器在所谓的超强耦合(USC)制度。我们测试我们的结果进行了数值模拟的离散电路QED模型,找到完美的协议与以前的结果,并显示出有趣的动力学效应产生的超强波导QED与遥远的发射器。特别是,我们重新审视费米两原子问题表明,在USC制度,初始相关性产生两个不同的演化对称和反对称状态,甚至在发射器成为因果连接。最后,我们证明了集体动力学,例如,超辐射或亚辐射不仅受发射器之间的距离的影响,而且由于显著的频率重整化,还受耦合的影响。这构成了USC制度的另一个动态后果。
2021-11-02 quant-ph
Initiation of Superradiance from Different Collective-Spin States
Texas A&M University(德克萨斯农工大学)
研究不同集体自旋态(如Dicke态和原子相干态)的超辐射动力学,利用平均场近似和Fokker-Planck方程预测脉冲轮廓,并分析强度关联函数。
2026-08-19 physics.optics quant-ph
Room temperature single-photon superfluorescence from a single epitaxial cuboid nano-heterostructure
当一组相同的发射体在空间上的距离远小于它们发射的光的波长时,单光子超辐射可以出现,并且其特征在于形成自发发射光的超辐射状态,其速率与发射体的数量成线性比例。这种集体现象仅在少数纳米材料系统中得到证明,所有这些系统都需要低于10K的温度。在这里,我们合理地设计了一种单一的胶体纳米材料,它具有多个(几乎)相同的发射器,这些发射器不受其他系统(如分子聚集体)中通常抑制室温超辐射的波动的影响。具体而言,通过结合分子动力学,原子电子结构计算,模型哈密顿方法,我们表明,面对异质结构纳米立方体模仿个人准二维纳米片,可以作为强大的发射器需要实现超辐射现象在室温下。利用逐层胶体生长技术合成纳米立方体,我们证明了单光子超荧光通过单粒子时间分辨光致发光测量在室温下。在单个纳米立方体中对超辐射和亚辐射状态的这种强有力的观察打开了超快单光子发射器的大门,并通过超辐射级联提供了一条纠缠多光子状态的途径。
2021-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Interacting superradiance samples: modified intensities and timescales, and frequency shifts
我们考虑了不同超辐射(SR)系统之间的相互作用,并使用缀饰态方法来解决共振时两个相互作用的双原子SR样品的情况。我们表明,随之而来的纠缠修改的跃迁速率和辐射强度,以及引入一个潜在的可测量的频率啁啾的SR级联,其幅度是样本之间的分离的函数。对于占主导地位的SR级联,我们发现一个显着减少的持续时间和SR脉冲的强度增加相对于一个单一的两原子SR样品的情况下。
2018-07-11 physics.atom-ph quant-ph
DNA Nanotechnology for Superradiance
本文探讨利用DNA纳米技术构建确定性平台,以精确控制发射体参数,克服随机聚集导致的不可预测性,从而推动超辐射的实际应用。
2025-07-08 cond-mat.soft quant-ph
Steady-state spin order and superradiance beyond the Dicke limit
Department of Physics, Columbia University(哥伦比亚大学物理系)
研究非相干驱动原子系综在超越Dicke极限下的稳态自旋序,发现环腔和波导系统均支持N^2标度的超辐射,但序呈现两种不同形式:环腔中自发破缺镜面对称性产生手性序,波导中手性序共存形成相分离稳态。
2026-06-18 quant-ph
Two-particle sub-wavelength Quantum Correlation Microscopy
通常,光学显微镜使用光的波动特性来成像场景。然而,光子到达时间提供了更多的信息,发射器的属性比经典的强度。在这里,我们表明,汉伯里布朗和特维斯实验,(二阶关联函数)测量两个单光子发射器的强度不对称性,并且通过将探测到的光子的总数与关联函数的零滞后值相结合,可以仅从三个测量位置解析两个发射器在二维中的位置和相对亮度--三边测量,这一结果不可能仅基于强度测量来实现。
2018-10-08 quant-ph
Ab Initio Spatial Phase Retrieval via Intensity Triple Correlations
针对非相干发射体相位恢复难的问题,提出基于强度三阶相关的从头算通用相位恢复方法,解决了符号问题,可准确恢复相位,助力仅靠远场强度相关重建任意发射体阵列图像。
2023-07-06 physics.optics quant-ph
Non-locality from N > 2 Independent Single Photon Emitters
我们证明了N > 2个单光子发射体的荧光中的二阶强度相关可能违反局域性,而信号的可见度保持在71%以下。为此,我们推导出一个齐次Bell-Wigner型不等式,它可以应用于广泛的一类实验装置。我们追踪违反这个不平等回到路径纠缠所产生的过程中的检测。
2010-05-23 quant-ph
Single-photon sub-Rayleigh precision measurements of a pair of incoherent sources of unequal intensity
本文研究不等强度双点源的单光子亚瑞利测量,理论分析其统计误差特性,并利用多平面光转换实现HG-SPADE,实验证明信噪比较直接成像有ε^{-1/2}改进。
2023-09-05 quant-ph
A stochastic approach to the quantum noise of a single-emitter nanolaser
本文提出用随机整数变量解释速率方程,以准确计算单发射体纳米激光器的强度量子噪声,克服了Langevin方法在少发射体时的失效,并通过全量子模拟验证了其有效性。
2023-04-19 physics.optics quant-ph