Quantum control of population inversion in the presence of spontaneous emission
S. G. Schirmer, Andrew D. Greentree, A. I. Solomon
利用计算机模拟研究了自发发射对控制方案性能的不利影响，这些控制方案是为了实现基态和高激发原子态之间的布居数反转而设计的。
The detrimental effect of spontaneous emission on the performance of control schemes designed to achieve population inversion between the ground state and a highly excited atomic state are studied using computer simulations.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Entangling non planar molecules via inversion doublet transition with negligible spontaneous emission
我们从理论上分析了两个非平面且轻的全同分子之间的纠缠（例如，金字塔形的，如$NH_3$），其由于通过隧穿其核构象的内部空间反转而呈现反转加倍。该体系的特点在于其结构简单，两个相邻能级之间可以通过允许的电偶极跃迁连接起来，由于跃迁在微波或远红外范围内，因此具有相当大的偶极矩跃迁值和可忽略的自发发射。这些性质使得纠缠态通过自由演化振荡，其频率由偶极-偶极相互作用和可忽略的自发衰减确定，这允许通过频繁测量纠缠态之一来考虑有效的量子芝诺效应。如果两个分子最初都处于上（或下）本征态，则系统在外部辐射场的作用下演化，这可以引起所产生的纠缠态的振荡，其频率为场的拉比频率的量级。对于一定的失谐量，对称纠缠态，即集体系统的本征态可以被布居，并且在其自发发射可以忽略的情况下，可以维持一段时间，而这段时间只受外部退相干过程的限制，并且退相干过程可以被最小化。尽管所用数据是$NH_3$分子的数据，但其它分子也可具有相同的有利特征。
Engineering the initial state in broadband population inversion
具有次能级结构的量子系统使用强超快共振脉冲来防止从一个次能级流形到另一个次能级流形的完全布居数反转。在这项工作中，我们解释了这种人口转移被阻止的机制。然后，我们开发了一种新的概念的几何控制，假设完全或部分相干操作的流形内，并表明，通过准备特定的相干叠加在初始流形，完全人口反转或完全人口封锁，{ \it即}激光诱导的透明度，可以实现。特别是，通过并行人口转移，我们展示了如何人口反转之间的流形可以获得最小的脉冲面积。随着子能级数目的增加，粒子数反转可以克服脉冲面积定理，代价是完全控制子能级的初始流形。
Optimally robust shortcuts to population inversion in two-level quantum systems
我们研究了最近提出的加速二能级量子系统布居数反转的绝热捷径的稳定性与不同类型的扰动。我们发现最佳的鲁棒性过程中使用不变的工程的哈密顿。幅度噪声和系统误差需要不同的最佳协议。
Spontaneous emission from driven polar quantum systems
研究揭示受迫极化量子系统中自发辐射机制，通过破除反演对称性改变衰变动力学，展示其在控制自发光中的潜力。
Observation of transient gain without population inversion in a laser-cooled rubidium lambda system
在强驱动的三能级λ系统中，我们首次观察到激光冷却铷原子中弱探针的清晰拉比振荡。当耦合场是非磁性地使用普克尔斯盒打开时，瞬态探测增益没有粒子数反转的情况下，非耦合的光子的存在。我们的结果支持三态计算。
Correction of Arbitrary Errors in Population Inversion of Quantum Systems by Universal Composite Pulses
本文介绍了一种用于两态量子系统中强高保真布居数反转的通用宽带复合脉冲序列，它可以补偿任何实验参数（如脉冲幅度、脉冲持续时间、共振失谐、斯塔克位移、不需要的频率啁啾等）的偏差。并且适用于任何脉冲形状。我们通过$\text{Pr}^{3+}\text{:}\text{Y}_2\text{SiO}_5$晶体中原子相干态的再定相实验数据证明了这些复合脉冲的有效性和普适性。
Coherent Mechanism of Robust Population Inversion
提出了啁啾光场作用下原子分子系统中强布居数反转的相干机制。研究表明，在足够高的啁啾率下，二能级系统的基态波函数和激发态波函数之间存在一定的相对相位。因此，相对相位角的值被限制为负，并且分别对于正和负啁啾接近于0或$-π$。这解释了从基态到激发态的布居转移的单向性。在由基态和激发态势能面组成的分子系统中，具有大的正啁啾和负啁啾的脉冲的作用之间的对称性被破坏。相干机制的相同框架可以解释对称性破缺和正啁啾光场引起的粒子数反转。
Absorption with inversion and amplification without inversion in a coherently prepared V - system: a dressed state approach
研究了相干制备的封闭V型三能级系统中粒子数反转的光诱导吸收和无粒子数反转的光放大。本研究是从一个两个颜色的着装状态的基础上进行的。这两个过程都是可能的，因为原子的相干性和量子干涉与简单的直觉预测相反。仅仅根据物理基础，人们会期望一个与放大互补的过程，而不需要反转。我们认为，在本研究中使用的修饰态图片中发现的粒子数反转存在的吸收，构成了这样一个过程。新的近似解析时间依赖性的解决方案，凝聚力和人口，并与充分的数值解表现出良好的协议进行比较。还计算了稳态量，并导出了系统在修饰态表示中表现出吸收和增益（有和无反转）的条件。研究发现，在一定的系统参数范围内，对于弱探测光场，可以发生反转吸收和无反转放大。
Collective atom phase controls in photon echoes for quantum memory applications I: Population inversion removal
过去十年在稀土掺杂固体中展示的基于光子回波的量子存储器通过使用集体原子相位控制解决了传统光子回波中布居数反转的主要限制。原子频率梳和梯度回波也在更高的回波效率方面取得了突破，而传统的光子回波效率仍然保持在百分之几。并讨论了集体原子相位控制应用于传统的光子回波量子存储器的应用，以澄清基本物理的相干瞬态在一个三能级系统，特别是光学-受控双重定相回波中的自旋相干转换。分析了各种协议中存在的一些关键性误解，并在没有粒子数反转的情况下，对接近单位回波效率进行了修正。
Population inversion in two-level systems possessing permanent dipoles
裸态粒子数反转是在一个偶极矩阵元不为零的二能级系统中实现的。激光场共振驱动样品，而第二个较弱和较低频率的相干场额外地将其泵浦到与动态斯塔克分裂态的共振附近。由于激发态和基态裸态中存在不同的永久偶极矩，在所涉及的修饰态之间诱导了量子相干性，导致稳态中的反转。此外，大的折射率以及通过吸收或发射光谱确定对角矩阵元素是可行的。结果适用于可用的生物分子，自旋或不对称的量子点系统。
Optimally robust shortcuts to population inversion in cat-state qubits
本文提出利用捷径于绝热性的控制方法，在猫态量子比特中实现高鲁棒性的最优人口倒置，以提升容错量子计算的可行性。
In this work, we exploit the idea of composite pulses to achieve robust population inversion in a three-level quantum system. The scheme is based on the modulation of the coupling strength, while the other physical parameters remain unchanged. The composite pulses sequence is designed by vanishing high-order error terms, and can compensate the systematic errors to any desired order. In particular, this scheme keeps a good performance under the disturbance of waveform deformations. This trait ensures that population inversion can be nearly obtained even when the pulse sequence has a short jump …
Polaron master equation theory of pulse driven phonon-assisted population inversion and single photon emission from quantum dot excitons
我们引入一个直观的半解析极化子主方程方法来模拟脉冲驱动的粒子数反转和从量子点激子发射的单光子。主方程理论允许一个确定重要的声子诱导散射率解析，并充分包括随时间变化的泵场的作用。作为该理论的应用，我们首先研究了由时变激光脉冲驱动的量子点的共振态和非共振态，发现声子发射引起的粒子数反转与Quilter { \em et al.}最近的实验直接一致，Phys Rev Lett { \bf 114}，137401（2015）。然后，我们在弱耦合腔中模拟量子点，并显示激子驱动和腔驱动系统之间的人口响应的差异。最后，我们评估的非共振声子辅助加载计划与一个量子点共振耦合到一个腔作为一个确定性的单光子源，并比较和对比的重要数字的优点与直接拉比振荡的人口使用共振$π$脉冲，后者被证明是更有效的。
Reflective amplification without population inversion from a strongly driven superconducting qubit
光场或微波场的放大通常通过强烈驱动介质以诱导粒子数反转来实现，使得弱探针可以通过受激发射被放大。在这里，我们强烈耦合超导量子比特，人工原子，在半无限波导场。当驱动量子比特强烈共振，这样一个莫洛三重态出现，我们观察到一个弱探针在三重态之间的频率7%的振幅增益。这种放大不是由于粒子数反转，无论是在裸量子位基还是在修饰态基，而是由一个四光子过程将能量从强驱动转换到弱探测。我们发现实验结果和数值模拟之间没有任何自由拟合参数的良好协议。该器件可用于量子信息处理和量子极限测量。
We find that a suppression of the collapse and revival of population inversion occurs in response to insertion of Gaussian quenched disorder in atom-cavity interaction strength in the Jaynes-Cummings model. The character of suppression can be significantly different in the presence of non-Gaussian disorder, which we uncover by studying the cases when the disorder is uniform, discrete, and Cauchy-Lorentz. Interestingly, the quenched averaged atom-photon entanglement keeps displaying nontrivial oscillations even after the population inversion has been suppressed. Subsequently, we show that disor…
Composite pulses for high-fidelity population inversion in optically dense, inhomogeneously broadened atomic ensembles
我们推导出复合脉冲序列，实现高保真度激发的两个状态系统中的光学密集，非均匀加宽的合奏。复合脉冲抵抗由于它们在其中传播的介质的反作用而引起的失真，并且能够创建到光学深度$αz>10$的高保真反演。它们具有平滑的脉冲形状，用于量子计算和通信中光学原子跃迁的相干控制。它们是单$π$脉冲激励方案和绝热通道方案之间的中间解决方案，比前者更容差，但仍然比后者快得多。
Inversion-free, noiseless Raman echoes
利用双光拉曼重相位技术，研究了固体介质中非均匀加宽自旋系综中的无反转共振拉曼回波，其中拉曼光场激发的自旋相干性具有冻结的传播矢量。与光子回波不同，光子回波的量子存储应用由于π重定相脉冲诱导的粒子数反转引起量子噪声而受到严格限制，光学拉曼场激发的自旋回波由于冻结的传播矢量而固有地沉默。因此，双相位拉曼回波可以直接应用于无粒子数反转环境中的量子界面。
Universal Composite Pulses for Efficient Population Inversion with an Arbitrary Excitation Profile
本文介绍了一种任意旋转宽带复合脉冲序列激发剖面的方法，用于强高保真布居数反演。这些脉冲补偿任何实验参数的偏差（例如，脉冲幅度、脉冲持续时间、与共振的失谐、斯塔克位移、不需要的频率啁啾等）。并且适用于任何脉冲形状。旋转允许在没有额外成本的情况下实现对脉冲面积和失谐误差的任何组合的高阶鲁棒性。后者可以是特别有用的，例如，当失谐误差是由于斯塔克位移与所施加的场的功率相关。我们证明了这些复合脉冲的效率和普遍性的实验实现的原子相干在$\text{Pr}^{3+}\text{:}\text{Y}_2\text{SiO}_5\:$晶体的重新定相。
Coherent control of collective atom phase for ultralong, inversion-free photon echoes
为了克服传统光子回波中π光脉冲引起的布居数反转和光衰减引起的短存储时间的基本限制，研究了无反转、光衰减停止的光子回波中集体原子的相干控制，其中光子存储时间的约束现在被自旋布居数衰减过程取代。利用相位控制的双重定相，获得了无反转光子回波方案，其中不存在自发或受激发射驱动的量子噪声。因此，本方法可以应用于长距离量子通信的量子中继器中的超长量子存储器。
Intense laser interacting with a two level atom: WKB expressions for dipole transitions and population inversion
在以前的文章中，我们已经考虑了由二能级原子与相干外电磁场相互作用组成的系统。旋转波近似法从未被应用过。由于对强激光场情况下的高次谐波产生问题特别感兴趣，我们在这封信中提出了一种更有效的方法来获得这些解，并在参数取极值的范围内进行了一些计算。此外，形式主义现在允许我们提供在WKB制度的电偶极矩和粒子数反转的解析表达式。频谱可以分解为周期性和非周期性的贡献。只有后者取决于Floquet指数，可以负责的主要复杂性所观察到的拉比复苏和超拉曼位移。
Vibrationally-induced electronic population inversion with strong femtosecond pulses
我们发现了一种新的机制，电子布居数反转使用强飞秒脉冲，其中的转移是由光诱导势的振动运动介导的。该过程可以通过将其频率调谐到Franck-Condon窗口的红色的单个脉冲来实现。我们表明的决定性作用，跃迁偶极矩的斜率的符号可以发挥的动力学，并扩展的方法与奇数脉冲的多光子过程。作为一个例子，我们展示了如何该计划可以应用于人口反转在钠。
Population inversion in hyperfine states of Rb with a single nanosecond chirped pulse in the framework of a 4-level system
为了控制超冷铷原子的布居动力学和制备量子态，我们实现了单脉冲与超冷铷原子超精细结构相互作用的四能级半经典模型。讨论了一种基于脉冲啁啾实现5S壳层超精细态粒子数反转的方法。这些结果对于超冷原子的量子操作可能是有用的。
Population inversion of driven two-level systems in a structureless bath
我们推导了非结构声子池阻尼的双点系统的主方程，并计算了谱密度。我们发现，浴介导的光子吸收是重要的，在相对较强的驱动，甚至可能主导的动力学，诱导双点系统的粒子数反转。这一现象与最近的实验观察结果一致。
Extensive manipulation of transition rates and substantial population inversion of rotating atoms inside a cavity
通过调节腔体共振和旋转频率，研究展示了旋转原子在腔体内的跃迁率操控及人口倒置，为量子应用提供了新方法。
Inducing and detecting collective population inversions of Mössbauer nuclei
到目前为止，涉及X射线驱动的穆斯堡尔核的实验仅限于低激发区。在这里，提出了一种设置，它承诺显着的激励，理想情况下超过完全反转的核系综，在X射线光源正在建设中。我们还介绍了一种方法来实验验证这种反转，在适当记录的光谱的对称翻转中表现出自己的人口反转。它既不需要入射X射线脉冲的每次发射光谱，也不需要散射光强度的绝对测量。
Population Inversion Induced by Landau-Zener Transition in a Strongly Driven rf-SQUID
在强驱动的射频超导量子干涉器件磁通量子比特中观察到了单光子和多光子吸收的宏观离散量子态之间的微波共振。共振峰和谷的幅度调制的功率所施加的微波辐射和粒子数反转产生在低通量偏置。这些结果可以用Landau-Zener跃迁来解决，对于发展一种初始化和操纵通量量子比特的替代方法以及在微脉塞中进行可控的粒子数反转是有用的。
Sideband generation of transient lasing without population inversion
我们提出了一种方法，产生相干短脉冲的产生频率梳使用激光无反转的瞬态制度。我们使用一个通用的方法来研究脉冲在不同的光谱区域中通过一个有源介质的传播，该有源介质是强烈驱动的低频过渡的时间尺度短于退相干时间。结果表明，即使不准备初始粒子数反转，也可以在不同模式的边带上产生增益。除了产生超短脉冲外，这种频率梳还可用于制作短波长或太赫兹激光器。
Inhibiting unwanted transitions in population transfer in two- and three-level quantum systems
我们研究的稳定性人口转移在两个和三个级别的系统对不必要的额外的过渡。这种粒子数反转是通过使用最近提出的称为“绝热捷径”的方案来实现的。我们量化和比较不同的方案，这些不必要的过渡的敏感性。最后，我们提供的例子，捷径计划，导致在某些制度的零过渡灵敏度，即导致一个近乎完美的人口反转，即使在不必要的过渡的存在。
Damped Population Oscillation in a Spontaneously Decaying Two-Level Atom Coupled to a Monochromatic Field
研究了在单色光场驱动下，考虑自发发射的二能级原子布居数随时间的演化。拉比振荡表现出由自发发射引起的随时间的振幅阻尼。我们表明，半经典主方程导致一般高估的阻尼率和正确的定量描述的阻尼拉比振荡，因此可以得到只有一个完整的量子力学理论。
Beyond spontaneously broken symmetry in Bose-Einstein condensates
玻色-爱因斯坦凝聚体的自发对称性破缺缺不能处理相位非对角效应，因此不能解释贝尔不等式违反。我们描述的另一种情况是超出了SSB治疗：实验中，粒子从两个（可能是宏观的）冷凝源用于共轭测量的相对相位和人口。非对角相位效应的特征在于“量子角”，并通过“布居振荡”观察到，表示宏观不同状态的量子干涉（QIMDS）。
Negative spontaneous emission by a moving two-level atom
本文研究了二能级原子与作相对运动的等离子体近场相互作用对原子动力学的影响。我们证明，对于小的分离距离和大于一定阈值的相对速度，这种相互作用可以导致粒子数反转，这样的激发态的概率超过基态的概率，对应于负的自发发射率。结果表明，所发展的理论与一个经典问题密切相关。量子摩擦的问题进行了分析，并强调了与相应的经典效应的差异。
Spontaneous symmetry breaking and inversion-line spectroscopy in gas mixtures
本文将自发对称性破缺模型从单一气体扩展到气体混合物，发现临界压力取决于混合物组成，并推导出反转频率随压力变化的公式，为手性分子存在悖论提供可实验检验的理论预测。
Relaxation, decoherence and steady-state population inversion in qubits doubly dressed by microwave and radiofrequency fields
研究了由强共振分量和频率接近于强场拉比频率的较弱分量组成的经典双色场驱动的弛豫自旋量子比特的相干动力学.双色场的双重修饰改变了退相和耗散过程。我们证明了弱场频率与强场拉比频率的失谐会导致某些双修饰态之间拉比振荡的衰减。对于金刚石中的氮空位量子比特，说明了拉比振荡对修正的失谐依赖弛豫的敏感性。我们讨论了双修饰态能级的稳态布居数反转。
Phonon-mediated population inversion in a semiconductor quantum-dot cavity system
研究了连续波驱动下量子点腔系统中的激子反转。使用极化子为基础的主方程，我们证明了激发态人口在0.9以上的InAs点在声子浴温度为4K。在激子驱动的系统中，主要机制是来自声子浴的非相干激发。对于腔驱动，其机制是声子介导的光子阶梯态的基态和激发态分支之间的切换，量子轨迹模拟清楚地表明了这一点。激子反转作为失谐的函数被发现是定性不同的激子和腔驱动，主要是由于腔过滤。主方程的方法使我们能够包括重要的辐射和非辐射衰变过程的零声子线，光子和声子散射方面提供了一个明确的基本动态，并承认简单的分析近似，有助于解释物理。
Nonlinear Atom-Photon Interaction Induced Population Inversion and Inverted Quantum Phase Transition of Bose-Einstein Condensate in an Optical Cavity
在本文中，我们探索了在具有可调谐非线性原子-光子相互作用的光学腔中的玻色-爱因斯坦凝聚体的宏观多粒子量子态的丰富结构[Nature（London）464，1301（2010）]。通过调节实验可实现的相互作用强度和泵浦激光频率，揭示了粒子数反转、超正态相和超正态相共存的现象。在负（有效）腔频率下，随着原子-场耦合的增加，我们观察到了从超辐射到正常相位的反量子相变（QPT），这与正常Dicke模型中的QPT正好相反。利用自旋相干态变分法，同时考虑正常和反转赝自旋态，解析地导出了非对称宏观态。
Non-Markovian dynamics in plasmon-induced spontaneous emission interference
我们从理论上研究了在金属纳米球附近简并V型量子发射体的非马尔可夫动力学，该系统由于各向异性Purcell效应而在自发发射中表现出量子干涉。我们数值计算的电磁格林张量，并采用有效模式微分方程方法计算的量子动力学的发射器人口，相对于共振频率和发射器的初始状态，以及它的距离从纳米球。我们发现，发射极人口的演变之间的逐渐总衰减和振荡人口动态相结合的部分衰减，强烈依赖于上述三个参数的具体值。在强耦合条件下，可以观察到相干布居俘获。我们比较了我们的精确结果与结果时，修改的金属纳米球真空的平坦连续近似。我们的结论是，平坦连续近似是一个很好的近似，只有当所研究的系统的谱密度的特点是非重叠的等离子体共振。
Complete population inversion of Bose particles by an adiabatic cycle
我们表明，绝热循环激发了限制在一维盒子中的玻色粒子。在绝热循环期间，施加由$δ$形势描述的壁，并且其强度和位置缓慢变化。当系统初始处于基态，即零温度平衡态时，绝热循环使所有玻色子进入第一个激发的单粒子态，使系统处于非平衡态。在循环过程中吸收的能量与玻色子的数量成正比。
We present a blueprint for a maser with a single three-level transmon superconducting artificial atom. The system can be pumped coherently via a two-photon process, and to achieve high population inversion, the relaxation rate of the metastable state is increased via an auxiliary low-Q cavity coupled to a transition between the transmon excited states. We show numerically that such a maser can operate both in the intermediate coupling regime with super-Poissonian photon statistics and in the strong coupling regime, where the statistics is sub-Poissonian. For the former, the maser exhibits thre…
Stimulated emission of radiation using spin-population inversion in metals: a spin-laser
10 nm直径的交换耦合自旋多数/自旋少数铁磁金属，集成到红外太赫兹范围的光子谐振器的点接触阵列，制造和测量电气和光学。巨大的，阈值型电子激发下的设备的高电流泵浦观察到的设备电阻突然，但可逆的步骤，在许多情况下，在100%的访问，这与从设备的光发射。结果被解释为由于在系统中的刺激自旋翻转电子光子弛豫。
Parabolic model with phase-jump coupling
我们研究了二能级抛物模型的相干动力学，以及在这种模型中增强粒子数转移甚至获得完全粒子数反转的方法。受文献[1]中零面积脉冲的完全粒子数反转效应的启发，我们考虑了一种方案，通过在演化过程中进行相位跳变，将给定的耦合函数转换为零面积耦合。我们还推导出一个普适的相位跳变的影响公式。
Atom in a $q$-Analog Harmonic Oscillator Trap
研究了在$q$ -模拟谐振子阱中，二能级原子与单模激光场相互作用时的布居数反转和Q函数，以增加$q$。对于$τ=.003(q=e^τ)$，粒子数反转的崩溃和恢复变得明确，便于实验观察，但对于大的$τ\sim 0.1$，粒子数反转的时间依赖性被完全消除。
Spontaneous emission of atomic systems in the presence of incident fields
研究了入射光场作用下少量偶极耦合二能级原子的自发发射时间和方向。我们展示了如何使用绝热通道，承认在一量子子空间的两个和三个2LA的状态之间的人口转移。我们的方法是一个多原子推广的受激拉曼绝热通道（STIRAP）的一个单一的多能级原子。我们使用数值结果证明的ananterior，使我们能够给出解析表达式的定向发射，这取决于入射场。我们的研究结果承认人口转移的功效在少数偶极耦合2LA的表征，并适用于涉及偶极耦合2LA的原理验证实验。
A shortcut to adiabaticity (STA) is concerned with the fast and robust manipulation of the dynamics of a quantum system that reproduces the effect of an adiabatic process. A recently proposed method enables the generation of shortcuts from a prescribed slow dynamics by simply rescaling the time variable of the quantum evolution operator [B. L. Bernardo, Phys. Rev. Research 2, 013133 (2020)]. This time-rescaling method does not demand knowledge about the eigenvalues and eigenstates of the Hamiltonian, and in many cases no additional coupling fields. Here, we use this approach to study the probl…
We predict a mechanism for achieving complete population inversion in a continuously driven InAs/GaAs semiconductor quantum dot featuring $V$-type transitions. This highly nonequilibrium steady state is enabled by the interplay between $V$-type interband transitions and a non-Markovian decoherence mechanism, introduced by acoustic phonons. The population trapping mechanism is generalized to a chain of coupled emitters. Exploiting the population inversion, we predict unidirectional excitation transport from one end of the chain to the other without external bias, independent of the unitary inte…
Collective atomic-population-inversion and stimulated radiation for two-componentBose-Einstein condensate in an optical cavity
本文研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的基态性质和相关的量子相变。利用自旋相干态变分法，除了通常的正常相和超辐射相外，还实现了多稳态宏观量子态。我们解析地证明了在单组分Dicke模型中不存在的原子布居数反转集体态的受激辐射。受激辐射只能由原子的一个组分产生，而另一个组分保持在普通的超辐射态。然而，通过调节原子与光场的相对耦合和频率失谐，超辐射态和受激辐射态的顺序可以在原子的两个分量之间互换.
Entanglement induced by spontaneous emission in spatially extended two-atom systems
研究了两个互不重叠的二能级原子系统中集体反对称态在自发发射产生纠缠中的作用。我们计算和图形说明人口的集体原子状态和Wootters纠缠措施（并发）为两套初始原子条件。我们的计算包括偶极-偶极相互作用和原子之间的空间分离，即使对于小的原子间分离，系统的反对称状态也包括在内。结果表明，即使原子初始处于非纠缠态，自发发射也会导致原子间的瞬时纠缠。我们发现自发发射产生瞬态纠缠的能力依赖于系统的集体对称态中布居的缺失。当初始态只有一个原子处于激发态时，纠缠随时间迅速增加，并在对称态的布居数为零时达到最大值。另一方面，对于两个原子都被激发的初始条件，原子保持不纠缠，直到对称态的人口减少。根据系统的密度矩阵的对角态给出了这些结果的一个简单的物理解释。我们还研究了不同跃迁频率的两个不同原子系统中的纠缠产生。结果表明，原子间的纠缠比相同原子间的纠缠增强，并且由于布居数从对称态到反对称态的相干转移，纠缠可以在两个不同的时间尺度上衰减.此外，我们还发现原子间初始纠缠的衰减可以表现出回复行为。
Shortcuts to adiabaticity in the double well
绝热性的捷径是另一种快速过程，它在有限的、较短的时间内再现与绝热过程相同的最终粒子数，甚至相同的最终状态。许多现有的方法来设计捷径，甚至新的已经在整个双势阱的论文中使用。这些技术使我们能够在物质波分裂，复用/解复用，分束器，共隧穿，粒子数反转，波导优化，Tonks-Girardeau气体操纵和偏置反转等过程中获得很大的好处。
A numerical study of the spatial coherence of light in collective spontaneous emission
本文数值研究稀薄原子系综集体自发辐射的光空间相干性，其由亚辐射主导，不依赖粒子数反转，关键品质因数为 N/(L/λ)。
Spontaneous emission suppression on arbitrary atomic transitions
我们提出了一个非常简单的方案来大大减慢原子二能级系统中上态布居的指数衰减。该方案利用了一个频率低于原子跃迁总衰减宽度的附加强场。这允许在原子跃迁期间交换一个或多个低频光子的额外衰变通道。然后，各种信道可能相互干扰。低频场的强度和频率被示出作为两个不同的控制参数修改的持续时间和数量的人口捕获。将该方案扩展到包括到多于一个较低状态的转变是直接的。
Non-Markovian spontaneous emission dynamics of a quantum emitter near a MoS$_2$ nanodisk
我们介绍了一种由二维材料制成的光子纳米结构，它可以导致附近量子发射体的自发发射的非马尔可夫动力学。具体来说，我们调查的自发发射动力学的两个级别的量子发射体与皮秒自由空间衰减时间，建模J-聚集体，接近一个MoS $_2$纳米盘。当量子发射器的频率与纳米盘产生的激子-极化激元共振的频率相匹配时，量子发射器中的可逆粒子数动力学得到。当这种孤立的共振存在时，衰减拉比振荡可能发生。激子-极化激元共振的重叠也强烈地影响在纳米盘近距离处的衰减动力学，从而引起复杂的衰减布居振荡。在非常近的距离的发射极的纳米盘的超强耦合制度出现，在一个非常快速的振荡部分衰减的初始人口，发射极的剩余人口保持恒定的时间很长，人口捕获发生。纳米盘的尺寸和材料质量对上述结果的影响较小。
Population trapping and inversion in ultracold Fermi gases by excitation of the optical lattice - Non-equilibrium Floquet-Keldysh description
本文研究了三维光晶格中的超冷相互作用量子简并费米子气体，其频率和振幅均受到外部调制。本理论研究利用Keldysh形式主义来解释系统处于非平衡状态。将动力学平均场论推广到非平衡态，计算了局域态密度和非平衡态分布函数等特征量。一个动态Franz-Keldysh分裂被发现占的基础能带结构的非平衡修改。所发现的特性Floquet风扇一样的能带结构占在所有频率空间的效果的量化性质。
A criterion for population inversion by arbitrary pulses
本文从理论上研究了N能级系统中任意形状脉冲的布居动力学。为了使用Floquet理论，脉冲只需要在时间上有有限的支持，这在实验中得到了很好的实现。此外，动力学必须是近似时间局部的，这限制了可忽略的记忆效应。尽管有一些要求，我们能够推导出共振的标准，这意味着所有的人口停留在一个预先选定的状态后，脉冲已被应用。我们表明，必要的标准Floquet quasienergy是一个推广的π脉冲标准，内旋转波近似和绝热近似的包络Holthaus等。例如，任意形状的脉冲。此外，我们发现，只有本征向量包含足够的信息，给出了一个充分的标准共振。我们构造了共振N能级传播子，并证明了它是块对角的，从而得到了由初态和终态组成的有效二能级系统的描述。
Dynamics of waves in 1D electron systems: Density oscillations driven by population inversion
我们探讨了一维电子系统中由局部猝灭引起的密度脉冲的动力学。光谱曲率导致波的“翻转”（粒子数反转）。我们表明，超过这个时间的密度分布发展强烈的振荡周期远大于费米波长。本文首先通过直接量子模拟和维格纳函数演化的半经典分析，研究了自由费米子的这种效应。然后，我们证明，振荡的周期是正确地再现流体动力学理论与适当的色散项。最后，我们探讨了不同类型的电子-电子相互作用对这种现象的影响。我们表明，足够强相互作用[ $U(r)\gg 1/mr^2$其中$m$是费米子质量和$r$相关的空间尺度]确定的流体动力学方程中的主导色散项。流体动力学理论揭示了密度演化对相互作用和密度扰动的相对符号的重要依赖性。
Spatial Coherence of Light in Collective Spontaneous Emission
该研究发现含11,000个辐射原子的光学薄系综可不经粒子数反转和受激辐射，而依靠Dicke超辐射与亚辐射的集体耦合自发产生空间相干光。
Effective unidirectional pumping for steady-state amplification without inversion
讨论了利用双向非相干泵浦实现三能级级联无反转放大的可能性。在稳态下得到了布居数和相干性的解析解。适当选择的参数，在这里得到的，放大无反转的可能性。
Directional infrared emission resulting from cascade population inversion and four-wave mixing in Rb vapours
研究在低功率共振光分步激发的Rb蒸气中，揭示5D-6P级联粒子数反转的双向中红外放大自发辐射及5P-5D-6P-6S-5P回路的单向1367 nm参量四波混频机制。
Reply on `comment on our paper `Single two-level ion in an anharmonic-oscillator trap: Time evolution of the Q function and population inversion ''
我们在这里表明，在我们的论文中使用的模型哈密顿离子振动的q模拟谐振子陷阱和经典的单模光场的相互作用，确实是通过取代通常的玻色子创建和湮灭运营商的谐振子陷阱模型的q变形对应。本文所作的近似相当于在q模拟谐振子阱中的离子-激光相互作用中使用算符$F_{q}=exp{-(|ε|^2}/2)}exp{iεA^{\dagger}}exp{iεA}$，它类似于谐振子阱中离子的相应算符$F=exp{-(|ε|^2 /2)}exp{iεa^{\dagger }}exp{iεa}$。在我们的文章中，我们并不声称已经对角化了算符$F_q = exp{i ε(A^{\dagger}+A)}$，因为它的基态是|g，m>和|e，m>不是解析向量。
Triggered Superradiance and Inversion Storage in a Hybrid Quantum System
本研究探讨了与超导腔强耦合的反转自旋系综的超辐射发射，通过失谐存储反转并利用弱触发脉冲控制超辐射爆发时间与相位，展示了在反转阈值以下放大微波脉冲的能力。
Despite the enormous technological interest in micro and nanolasers, surprisingly, no class-B quantum density-matrix model is available to date, capable of accurately describing coherence and photon correlations within a unified theory. In class-B lasers $-$applicable for most solid-state lasers at room temperature$-$, the macroscopic polarization decay rate is larger than the cavity damping rate which, in turn, exceeds the upper level population decay rate. Here we carry out a density-matrix theoretical approach for generic class-B lasers, and provide closed equations for the photonic and ato…
Collective Quantum Dot Inversion and Amplification of Photon and Phonon Waves
从理论上研究了微腔中强驱动二能级发射体量子点（QD）小样品中稳态粒子数反转的可能性及其对光和声波的放大作用。我们发现，光子和声子的反转和吸收谱主要取决于内禀真空和声子环境之间的相互作用。光子和声子的吸收曲线分别显示出明显的新颖特征，如增益而不是透明性和吸收反转为增益。此外，我们报告集体诱导的反转和显着的增益在光子，声子吸收光谱的波长大小的量子点合奏大幅增强。
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