Qubit-Boson Hybrid Beam-Splitter Gate with Kerr Nonlinearity in Circuit QED for Many-Body Dynamics
C12 Quantum Electronics（C12量子电子学）；Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、信号处理实验室）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
研究在电路量子电动力学中引入含克尔非线性的量子比特-玻色子混合分束器门，从cQED模型推导相互作用并获解析表达式，以碳纳米管电路QED为平台模拟验证，该混合原语为多体动力学提供构建块及新联系。
2026-07-13 quant-ph
Addressing requirements for crosstalk-free quantum-gate operation in many-body nanofiber cavity QED systems
Waseda University（早稻田大学）；NTT Corporation（日本电信电话株式会社）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
本文提出了一种基于光纤的量子计算平台，通过优化光-物质耦合实现无串扰量子门操作，并分析了其理论最优性能。
2026-01-30 quant-ph
Spin many-body phases in standard and topological waveguide QED simulators
量子自旋模型在许多不同的领域都有应用，如自旋电子学、高温超导，甚至复杂的优化问题。然而，研究它们的多体行为，特别是在挫折的存在下，代表了一个突出的计算挑战。为了克服这个问题，人们建立了基于冷原子和离子的量子模拟器，揭示了许多重要的现象。不幸的是，这些模拟器所涵盖的模型受到这些系统中自然出现的交互类型的限制。波导QED装置最近被指出是一个强大的替代方案，由于调解更多功能的自旋-自旋相互作用的可能性与可调的符号，范围，甚至手征。然而，尽管它们具有潜力，但从这些系统中出现的多体相几乎没有被探索过。在这篇手稿中，我们填补了这一空白，分析基态的一般类自旋模型，可以得到这样的波导QED设置。重要的是，我们发现了与其他平台不同的新的多体相，例如，具有大周期磁序的磁保护拓扑相位，并解释探测它们所需的测量。
2021-10-15 cond-mat.other quant-ph
Engineering three-body interaction and Pfaffian states in circuit QED systems
我们展示了一个方案，工程师在电路QED系统中的三体相互作用，通过调整一个fluxonium量子比特。在正方形晶格中连接这样的量子位并以合成磁场的形式控制隧穿动力学，以用于系统的类光子激发，允许实现其基态是Pfronan波函数的父哈密顿量。此外，我们表明，除了次近邻隧穿稳定的基态，恢复预期的拓扑退化，即使是小晶格。最后，我们讨论了这些想法的实现与当前的技术。
2013-08-01 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con quant-ph
Many-body origin of anomalous Floquet phases in cavity-QED materials
本研究探讨腔QED材料中反常Floquet拓扑相的多体起源，关联多体能谱与Floquet准能隙的拓扑相变，确立离散时间平移对称性的微观起源，联系孤立与周期驱动多体系统物理，并讨论拓扑不变量及体边对应关系。
2023-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Quantum phases in circuit QED with a superconducting qubit array
芯片上的电路QED已经成为模拟复杂多体物理的强大平台。在这篇报告中，我们在超导量子比特阵列的电路QED中实现了一个具有反铁磁最近邻自旋-自旋相互作用的Dicke-伊辛模型。我们发现该系统表现出集体自旋-光子相互作用和反铁磁最近邻自旋-自旋相互作用之间的竞争，然后预测四个量子相，包括：顺磁正常相，反铁磁正常相，顺磁超辐射相，和反铁磁超辐射相。反铁磁正常相和反铁磁超辐射相是多体量子光学中的新相。在反铁磁超辐射相，反铁磁和超辐射序可以共存，系统具有$Z_{2}^{z}\otimes Z_{2}$\对称性.此外，我们发现了一个非常规的光子签名在这个阶段。在未来的实验中，这些预测的量子相位可以通过检测平均光子数和磁化强度来区分。
2014-02-24 quant-ph
Long-Range Four-body Interactions in Structured Nonlinear Photonic Waveguides
该研究提出具有交错光子相互作用的结构化非线性波导，揭示SPBS与DBS对动力学的贡献，并实现由虚双粒子介导的远程高保真四体Rabi振荡。
2024-12-06 quant-ph
Repulsive Inverse-Distance Interatomic Interaction from Many-Body Quantum Electrodynamics
University of Luxembourg（卢森堡大学）
本文通过将微扰量子电动力学应用于带电谐振子模拟的多体原子系统，揭示了非延迟区中虚光子与分子等离激元耦合产生的反距离MB-QED相互作用，该作用或在微观量子引力实验中超过引力。
2025-11-11 quant-ph
Hybrid quantum magnetism in circuit-QED: from spin-photon waves to many-body spectroscopy
我们介绍了一个模型的量子磁性诱导的非微扰交换微波光子之间的遥远的超导量子比特。通过将量子位和腔相互连接，我们得到了一个自旋玻色子晶格模型，该模型表现出量子相变，其中量子位和腔都自发极化。我们提出了一个多体模型，捕捉这种现象的所有方式，从微扰色散制度，光子可以追溯出来，非微扰超强耦合制度，光子必须在相同的基础上对待量子比特。我们的分析还再现了低能量激发，这是由混合自旋光子准粒子描述，并可以探测光谱从电路QED传输实验，如所示，通过模拟一个可能的实验矩阵产品状态方法。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
The two-body interaction with a circle in time
我们完成了我们以前的（1，2）证明，有一个家庭的新的解决方案的光子和狄拉克方程使用空间和时间的圆和四矢量行为的狄拉克bispinor。我们分析了束缚态的一种解，它等价于带电点粒子和第二个保持静止的粒子之间的吸引两体相互作用。我们表明，这产生的能量和角动量本征值是相同的，通过通常的方法解决狄拉克方程（4），包括精细结构。我们完成了我们以前的推导（3）QED从一组规则的两体相互作用和推广这些。我们表明，QED可以分解成一个两体相互作用在时空中的每一点。
2002-11-27 quant-ph
Many-body localization in waveguide QED
在量子多体水平，原子-光界面通常仍然具有挑战性，以非微扰的方式解决或理解。本文考虑一个波导量子电动力学模型，其中二能级原子与传播光子相互作用，并通过传播光子在一维波导中相互作用，具体研究了原子位置无序、光的多次光的散射、量子非线性相互作用和耗散之间的相互作用。我们发展了定性的论点，并提出了数值证据，这样的系统表现出多体局域的~（MBL）相，只要原子是不到一半的激发。有趣的是，虽然MBL通常是相对于封闭系统制定的，但这个系统本质上是开放的。然而，由于耗散起源于能量到系统边界的传输和随后的辐射损失，MBL阶段中传输的缺乏使得波导QED系统看起来基本上是封闭的，并且使得MBL的概念适用。相反，我们表明，如果系统最初是在一个离域相由于一个大的激发密度，快速的初始耗散可以离开系统无法有效地传输能量在以后的时间，导致在一个动态过渡到MBL阶段。这些现象可以在最先进的实验装置中可行地实现。
2021-03-25 physics.optics quant-ph
Circuit QED and sudden phase switching in a superconducting qubit array
超导量子比特连接成一个阵列可以形成量子多体系统，如量子伊辛模型。通过将量子比特耦合到超导谐振器，组合系统形成电路QED系统。在这里，我们使用半经典方法研究量子比特阵列的多体态的非线性行为。我们表明，突然切换以及铁磁相和顺磁相之间的磁制度可以观察到的量子位阵列。实现该系统的超导电路与现实的参数。
2010-03-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamics of many-body photon bound states in chiral waveguide QED
本文从理论上研究了手征波导中光子的少体和多体动力学。特别是，我们研究脉冲传播通过系统的$N$两个层次的系统手性耦合到波导。我们发现，该系统支持相关的多光子束缚态，它有一个定义良好的光子数$n$和传播通过系统的群延迟缩放为$1/n^2$。这有一个有趣的结果，即在传播过程中，入射相干态脉冲分裂成不同的束缚态分量，这些分量在足够长的系统中可以在输出端空间分离。对于足够多的光子和足够短的系统，我们表明，线性组合的$n$体束缚态恢复的自诱导透明的平均场孤子的著名现象。然而，对于较长的系统，孤子通过量子相关动力学分裂。因此，我们的工作涵盖了从少光子量子传播到真正的量子多体（原子和光子）现象，以及最终量子到经典跃迁的整个光谱。最后，我们证明了束缚态可以进行弹性散射与额外的光子。总之，我们的研究结果表明，光子束缚态是真正不同的物理对象出现的最基本的光与物质之间的相互作用的光子和两级发射器。我们的工作为研究手征波导QED中光子的量子多体物理和孤子物理打开了大门。
2020-05-07 physics.optics quant-ph
Multi-channel waveguide QED with atomic arrays in free space
我们研究光散射的二维（2D）阵列的原子驱动到里德伯能级。我们发现，这个问题可以映射到一个广义的波导QED模型，由多个一维光子通道（横模），其中每个方向耦合到相应的里德堡表面模式的阵列。在里德伯阻塞区，不同表面模的集体激发相互阻塞，导致多通道相关光子态。使用的分析方法，我们表征通道间的量子相关性，并阐明集体双光子共振的阵列的作用。我们的研究结果为多模多体物理和自由空间平台上的光子量子信息开辟了新的可能性。
2021-11-22 quant-ph
Many-body enhancement of energy storage in a waveguide-QED quantum battery
Scuola Normale Superiore（高等师范学校）；QuSoft；Korteweg–de Vries Institute for Mathematics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学科特维格-德弗里斯数学研究所）；JEIP, UAR 3573 CNRS, Collège de France, PSL Research University（法国国家科学研究中心第3573联合研究实验室，法兰西公学院，巴黎文理研究大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa and INFN（比萨大学物理系及意大利国家核物理研究所）
该研究通过波导-量子电动力学系统探索多体效应在量子电池能量存储中的应用，发现集体效应可有效延长存储时间并增强能量保护性能。
2025-07-23 cond-mat.dis-nn 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
A Python GPU-accelerated solver for the Gross-Pitaevskii equation and applications to many-body cavity QED
TorchGPE是一个Python求解器，用于高效求解Gross-Pitaevskii方程，采用模块化设计和对称分裂步傅里叶方法，支持任意自洽和含时势场，并通过GPU加速显著提升计算效率，尤其适用于多体腔QED研究。
2024-09-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.comp-ph
Effects of retardation on many-body superradiance in chiral waveguide QED
Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）；Department of Mathematical Sciences, University of Copenhagen（哥本哈根大学数学科学系）
本文研究手性波导中原子链的超辐射衰减，通过精确主方程发现集体衰减与延迟竞争导致有效最大原子数和峰值发射率平台，并揭示了超辐射域形成及持续振荡动力学。
2025-05-02 physics.optics quant-ph
Waveguide QED: Many-Body Bound State Effects on Coherent and Fock State Scattering from a Two-Level System
两能级系统（TLS）与玻色子模之间的强耦合产生了戏剧性的量子光学效应。我们考虑一个一维连续耦合到一个单一的本地化TLS的玻色子，一个系统，可以实现在各种等离子体，光子，或电子的背景下。我们提出了精确的多体散射本征态，通过施加开边界条件。多光子束缚态出现在两个或多个光子的散射中，由于光子与TLS之间的耦合。这种束缚态的Fock和相干态波包的散射有很大的影响，特别是在中间耦合强度制度。我们比较了透射光与具有相同平均光子数的相干态的统计：随着相互作用强度的增加，单光子概率被迅速抑制，并且由于多体束缚态，双光子和三光子概率大大增强。这导致非泊松光。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph 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
Time-Reversal and Reversible Dynamics in Cavity QED for Quantum Metrology
University of Connecticut（康涅狄格大学）；University of Florida（佛罗里达大学）
综述腔QED中基于时间反演和可逆多体动力学的量子增强测量协议，包括信号放大、纠缠解码等核心方法及其实验进展。
2026-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Tunable ultrahigh reflection with broadband via collective atom-atom interaction in waveguide-QED system
School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
本研究在一维波导-QED系统中利用集体原子相互作用构建光子带隙实现宽带完全反射，提出拓展超高反射窗口的策略，且窗口参数可通过外场动态调节，为相关量子光学器件提供新途径。
2024-12-12 quant-ph
Adiabatic entanglement in two-atom cavity QED
分析了单模光场与一对二能级原子的相互作用问题。原子在不同的时间进入和离开腔。而不是使用恒定的耦合，我们使用时间相关的耦合，代表模式的空间依赖性。虽然系统的演化是绝热的大部分时间，以前未研究的能量交叉起着关键作用的系统动力学时，原子有一个时间延迟。我们发现，有条件的原子腔纠缠可以产生，而大的光子数纠缠系统的行为，可以映射到单原子Jaynes-Cummings模型。探索这个系统的主要特点，我们提出了简单和相当强大的方法纠缠原子独立的腔，量子态映射，并实现SWAP和C-NOT门与原子量子位。
2008-10-03 quant-ph
Lattice mapping for many-body open quantum systems and its application to atoms in photonic cystals
我们提出了一个推导，映射到一个谐振子库耦合到一个谐振子晶格的多体开放量子系统（OQS）的原始问题。本方法特别适用于分析排列成周期性结构并与电磁场耦合的光子晶体内原子的动力学。它允许用替代常用的主随机薛定谔方程和海森堡方程的方法来求解多体OQS的动力学，从而达到远远超出弱耦合和Born-Markov近似的状态。
2014-10-17 quant-ph
Neural quantum states for emitter dynamics in waveguide QED
本文将含时神经量子态（t-NQS）框架扩展至开放量子系统，提出一种新数值方法研究波导 QED 中任意间距量子发射体动力学，基准测试表明其性能媲美张量网络，具研究非平衡开放多体系统潜力。
2025-08-12 physics.comp-ph quant-ph
Universal and ultrafast quantum computation based on free-electron-polariton blockade
腔量子电动力学（QED），其中量子发射器耦合到电磁腔模式，是用于实现量子传感器，存储器和网络的强大平台。然而，由于门保真度和执行时间之间的基本权衡，以及有限的可扩展性，使用腔QED进行量子计算被其他架构所取代。在这里，我们引入了一个新的元素腔QED-一个自由带电粒子，作为一个飞行的量子比特。使用自由电子作为一个具体的例子，我们证明了我们的方法，使超快，确定性和通用的离散变量量子计算的腔QED为基础的架构，具有潜在的改进的可扩展性。我们的建议取决于一个新的激发阻断机制之间的共振相互作用的自由电子和腔极化激元。这种非线性相互作用比目前基于光子的腔QED门快几个数量级，具有广泛的可调谐性，并可以表现出接近统一的性能。此外，我们的计划是无处不在的任何腔非线性，无论是由于光-物质耦合的Jaynes-Cummings模型或由于光子-光子相互作用的克尔型多体系统。除了在腔QED量子计算方面有希望的进展之外，我们的方法还为高度纠缠光子图态的超快和确定性生成铺平了道路，并且适用于涉及腔QED的其他量子技术。
2023-03-23 quant-ph
Noise robustness of problem-to-simulator mappings for quantum many-body physics
本文证明 Trotter 化、Floquet-Magnus 展开等“问题到模拟器”映射在噪声下仍能稳定确定局域观测量，精度与系统尺寸无关且随噪声率次线性标度，为量子模拟器在弱纠错条件下求解多体物理问题提供理论依据。
2025-09-22 quant-ph
Pre-Born-Oppenheimer Dirac-Coulomb-Breit computations for two-body systems
使用高斯型基函数求解两体系统的16分量无对Dirac-Coulomb-Breit方程，其变分能量对精细结构常数的依赖与微扰非相对论QED框架高度一致，为计算相对论QED方法的发展提供了坚实参考。
2023-03-24 physics.chem-ph quant-ph
Cavity-QED interactions of two correlated atoms
在宏观腔量子电动力学框架下，研究了线性、色散和吸收介质中两个关联全同二能级原子（其中至少有一个处于激发态）之间的共振范德华相互作用.假设两个原子与腔体辅助电磁场的相互作用很强。我们的时间无关的评估是基于扩展的Jaynes-Cummings模型。对于一个系统，准备在其装饰态的叠加，我们推导出范德华力的一般形式，使用洛伦兹单模近似。我们证明了这种方法的适用性，通过考虑平面腔的情况下，并显示拉比振荡的位置依赖性。在弱耦合的极限情况下，当光场初始处于真空态，而原子态处于两个关联态的叠加态时，我们的结果再现了微扰的结果.
2017-08-18 quant-ph
Quantized Embedding Approaches for Collective Strong Coupling -- Connecting ab initio and macroscopic QED to Simple Models in Polaritonics
提出一种结合第一性原理与宏观量子电动力学的量子嵌入方法，有效处理多体量子光学系统的集体强耦合，为极化激元化学描述真实分子系综的集体效应提供实用框架。
2024-08-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.comp-ph
Controlling many-body quantum chaos in a dissipative optical cavity
Institute of Physics and Center for Quantum Science and Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所与量子科学与工程中心）
研究典型腔QED设置的驱动耗散动力学，含可控无序和长程相互作用。发现腔损耗和自发辐射这两个耗散源结构不同，导出腔QED平台中多体量子混沌观测与控制的定量约束。
2026-07-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Waveguide QED toolboxes for universal quantum matter
实现和控制复杂的量子多体系统是量子信息科学中一个令人兴奋的前沿。具有冷原子的混合纳米光子系统已经成为自下而上工程远程自旋模型的典范平台，利用它们的模态几何和群色散进行定制的相互作用。一个重要的挑战是由光子浴施加的物理限制，限制了分解可用物理模型的局部哈密顿算子的类型，并将空间维度限制为电介质的空间维度。然而，在纳米尺度下，原子-场相互作用固有地伴随着显著的驱动耗散量子力，其可以被驯服为用于控制原子内部状态的新形式的介体。在这里，我们制定了一个量子光学工具箱，用于构建一个通用的量子物质与附近的一维光子晶体波导的单个原子。使能平台合成的模拟量子材料的通用$2$局域哈密顿图介导的声子超流体的被困原子。我们将模拟通用量子模拟器的微观理论推广到动态规范场的发展。在规范理论的精神，我们调查紧急晶格模型的强耦合SU $(n)$约束激发驱动的多体相互作用。作为一个红外极小模型，我们探讨了一个典型的强耦合量子场论SU（$n$）Wess-Zumino-Witten模型的实现，并讨论了一个诊断工具，通过导模中涨落光子的静态和动力学分解来提取场论的全部共形数据.
2021-06-11 quant-ph
Tunable-range, photon-mediated atomic interactions in multimode cavity QED
光学腔QED为研究驱动耗散系统中的量子多体物理提供了一个平台。单模腔在腔内原子之间提供强的、无限程的光子介导的相互作用。然而，从探索超越平均场近似的量子多体物理学的角度来看，这些全局的所有对所有的耦合是有限的。目前的工作表明，本地耦合可以创建使用多模腔QED。这是通过测量超辐射、自组织相变与原子位置的阈值来建立的。具体地说，我们的实验表明，近简并腔模式的干涉导致强和可调范围之间的相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体（玻色爱因斯坦凝聚体）被困在腔内。我们利用共焦腔的对称性来测量真实BEC和它们的虚像之间的相互作用，而不需要由真实BEC合并产生的不必要的贡献。原子-原子耦合可以从短程调谐到长程。这种能力为未来探索奇异的、强关联的系统铺平了道路，如量子液晶和驱动耗散自旋玻璃。
2017-08-29 cond-mat.other cond-mat.quant-gas quant-ph
Cavity QED with Quantum Gases: New Paradigms in Many-Body Physics
本文综述了量子气体腔QED研究的最新进展和现状。自从第一次在实验上证明了玻色-爱因斯坦凝聚体与高$Q$光腔的量子化电磁模耦合的系统中原子的自序以来，该领域在过去的十年中迅速发展。复合量子气体腔系统提供了实施，模拟和实验测试基本固态哈密顿量的机会，以及实现非平衡多体现象超越传统的凝聚态物质的情况。这取决于独特的可能性，设计和控制在开放的量子环境中的光子诱导的可调范围的相互作用势的原子使用定制的泵浦激光器和动态腔场。值得注意的例子范围从具有长程相互作用的Hubbard模型，表现出晶格超固相，在涌现的磁有序和准晶对称性，动态规范势和非平衡拓扑相的外观。实验已经成功地将自旋极化和自旋量子气体加载到各种腔的几何形状中，并设计了多功能的可调范围原子相互作用。这导致了实验观察到自发的离散和连续对称性破缺，出现软模以及超固体，密度和自旋自序，动态自旋轨道耦合和非平衡动态自序相等。此外，量子气体腔装置为量子增强测量提供了新的平台。在这篇综述中，从介绍基本模型开始，我们从教学上总结了广泛的理论发展，并将它们与当前和不久的将来的最先进的实验相结合。
2021-10-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Higher-order mean-field theory of chiral waveguide QED
本文提出基于高阶累积量展开的改进平均场理论，用于刻画手性波导QED中弱耦合、强驱动大原子系综的非平衡稳态，并准确解释透射、压缩与反聚束实验结果。
2022-12-05 physics.atom-ph quant-ph
A tunable Josephson platform to explore many-body quantum optics in circuit-QED
现在，将隔离的发射器耦合到电磁场的单一模式是常规实现的，并且很好地理解。目前的努力旨在探索耦合到几个电磁模式（EM）的发射器的相干动力学。自由最近，已经实现了到传输线的超强耦合，其中发射器谐振加宽到其频率的显著分数。在这项工作中，我们获得了显着改善控制这一制度。我们通过结合transmon量子比特的简单性和定制的EM环境与高密度的离散模式，托管在超导超材料内来实现这一点。这产生了一种独特的设备，其中可以直接监控量子位和多达10种环境模式之间的杂交。此外，量子位共振的频率和加宽可以在原位彼此独立地调谐。我们的实验表明，我们的设备结合了这种可调谐性与超强耦合和量子位非线性系统中的其他相关的能量尺度。我们还开发了一个定量的理论描述，不包含任何唯象参数，并准确地考虑到我们的大规模量子线路的真空涨落制度的超强耦合和中间非线性。这个新平台的演示与定量建模相结合，使实验研究量子光学中的多体效应的前景更加接近。当前设备的限制是量子位的中间非线性。进一步推动它将诱导充分发展的多体效应，如巨大的兰姆位移或多模光场的非经典态。观察这种效应将在量子光学和量子杂质物理学之间建立有趣的联系。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Symmetry-protected topological phases in lattice gauge theories: topological QED$_2$
对称性、拓扑学和多体效应在物质可能相态分类中的相互作用构成了一个巨大的挑战，在凝聚态物理中引起了极大的关注。这样的多体效应通常由涉及在一定距离处的超距作用的粒子间相互作用引起，例如在受保护的拓扑（SPT）相中的电子之间的库仑相互作用。在这项工作中，我们表明，类似的现象也出现在高能物理中，粒子间的相互作用是由规范玻色子介导的，并受到局部规范对称性的约束。我们介绍了所谓的Schwinger模型的一个变体，它描述了（1 + 1）维的量子电动力学（QED $_2$），并表明它可以容纳SPT相，并对真空θ角有拓扑贡献，从而得到一种新型的拓扑QED $_2.$。我们利用玻色化和密度矩阵重整化群技术详细研究了它的丰富相图，并提出了在光晶格超冷原子实验中实现的方案。
2019-01-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Universal pair-polaritons in a strongly interacting Fermi gas
腔量子电动力学（QED）操纵光与物质的耦合，并允许多个发射器与一个光模式相干耦合。然而，即使是在多体系统中，光-物质耦合机制也仅限于一体过程。利用腔QED对复杂的多体系统进行量子模拟，迄今为止依赖于多光子过程，将光-物质相互作用缩小到多体问题的低能量和慢时间尺度。在这里，我们报告的腔QED实验中使用的分子跃迁在强相互作用的费米气体，直接耦合腔光子对原子。强光-物质和强粒子间相互作用的相互作用导致了很好分辨的对极化激元，即相干混合光子、原子对和分子的混合激发。对极化激元光谱对原子间相互作用的依赖是普遍的，独立于所使用的过渡，展示了在基态和光谱中的对相关之间的直接映射。这代表着多体效应在能量上放大了两个数量级。在色散制度，它使快速，最小的破坏性测量对相关性，并开辟了道路，他们的测量在量子极限和他们的相干操纵使用动态的，量化的光场。
2021-03-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Collectively induced transparency and absorption in waveguide QED with Bragg atom arrays
本文研究非均匀频率 Bragg 原子阵列中的集体量子效应，揭示亚辐射与超辐射态干涉导致透明，并发现低自由空间耗散下的集体诱导吸收及多频调控。
2024-07-06 quant-ph
From single-particle to many-body chaos in Yukawa--SYK: theory and a cavity-QED proposal
Pitaevskii BEC Center, CNR-INO and Department of Physics, University of Trento（特伦托大学物理系、皮塔耶夫斯基玻色-爱因斯坦凝聚中心及意大利国家研究委员会红外光学研究所）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（特伦托基础物理与应用研究所（意大利国家核物理研究所））
本文研究Yukawa-SYK模型，通过谱和动力学混沌标记，展示其从单粒子到多体混沌的过渡，并提出超冷原子腔QED实现方案。
2026-03-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Tunneling-assisted optical information storage with lattice polariton solitons in cavity-QED arrays
考虑两个能级介质中的弱耦合纳米腔阵列，我们揭示了各种动力学制度，如扩散，自陷，孤立子，呼吸子的波包中存在的光子隧穿过程中的下一个最近的腔。我们的注意力集中在低支（LB）亮极化激元孤子的形成，由于两体极化激元-极化激元散射过程。当失谐频率被精确控制时，低支晶格极化激元局域态，即，即在类光子状态和类物质状态之间演化的孤子和呼吸子，被示出作为用于光学信息的空间分布存储和检索的载体。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
$p$-Body $\simeq$ Range $p-1$: Exact Order-Range Mapping and Dual-Unitarity
Kyoto University（京都大学）
研究具有连续 $p$-体相互作用的一维自旋-1/2 伊辛模型的周期性驱动版本，通过建立精确的弗洛凯相互作用阶-范围映射，得到对偶酉模型，确定纠缠动力学，并用实例说明映射结构，为构建和研究 $p$-体对偶酉弗洛凯模型提供途径。
2026-07-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dynamical Casimir cooling in circuit QED systems
本研究在电路QED系统中利用含外部驱动SQUID的传输线装置，通过量子化SQUID自由度构建三体相互作用哈密顿量，实现SQUID作为功源的腔模自主冷却，并证实增加耦合模式可增强冷却效果。
2023-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering indefinitely long-lived localization in cavity-QED arrays
利用Jaynes-Cumming相互作用的非线性性质，可以在腔QED阵列中实现光子布居的捕获。然而，在实际系统中，不可避免的耗散效应会通过持续的光子泄漏破坏自陷态。为了规避这个问题，我们表明，一个精心设计的驱动器，耗散和哈密顿的结果在实现无限期持续的自陷。我们表明，驱动器，耗散和光物质相互作用之间的复杂的相互作用的结果，需要一个最佳的窗口的驱动强度，以实现这种非平凡的稳定状态。我们处理的两个腔和四腔的情况下，使用精确的开放量子多体计算。此外，在半经典极限下，我们将系统放大到一维长链，并证明了驱动-耗散系统中的局域化-去局域化转变。虽然，我们的分析是在保持腔QED系统记住，我们的工作是适用于其他驱动耗散系统的非线性起着决定性的作用。
2019-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Sequential quantum simulation of spin chains with a single circuit QED device
本文提出用单个transmon-腔cQED器件顺序构建MPS来模拟自旋链基态，利用腔的大状态空间存储纠缠，并通过模拟脉冲控制显著缩短制备时间、降低退相干影响，为简化量子处理器设计提供新途径。
2023-08-30 cond-mat.str-el quant-ph
Two-photon exchange corrections to the $g$ factor of Li-like ions
我们报道了类锂离子的$g$因子的量子电动力学修正的计算结果。计算在QED理论内进行到核结合强度参数$Zα$的所有阶，其中$Z$是核电荷数，$α$是精细结构常数。在低核电荷区域，我们比较了三种不同方法的结果：QED，相对论多体微扰理论，和非相对论QED。所有这三种方法都显示出一致的结果。通过我们的计算，我们提高了约一个数量级的类锂碳和氧的基态的$g$因子的理论预测的准确性。我们的理论结果与以前的计算结果一致，但与硅和钙的实验结果相差3-4个标准偏差。
2021-06-15 physics.atom-ph quant-ph
Sign-changing photon-mediated atom interactions in multimode cavity QED
改变符号的相互作用构成了创建受挫多体系统（如自旋眼镜）的关键因素。本文研究了共焦腔中玻色-爱因斯坦凝聚态原子间的光子变号相互作用。两个原子之间的相互作用是一种不寻常的、非定域的形式，与原子位置矢量的内积的余弦成正比。这种相互作用产生于腔的简并模式的不同的古伊相移。此外，这些Gouy相位异常诱导了由系统中的非平衡Dicke型相变引起的原子密度波自序中的额外的Z_2-破缺模式。这种状态是通过腔的超辐射发射的全息成像来检测的。与文献[1]一起，我们探讨了这种相互作用对多模腔中超辐射相变的影响。在腔QED自旋系统中使用这种相互作用可以创建人工自旋玻璃和量子神经网络。
2018-10-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Rotating frames and gauge invariance in two-dimensional many-body quantum systems
我们研究了二维多体系统在旋转坐标系中的量子化，使用规范不变的动力学公式。我们考虑由线性和二次规范条件定义的参考系。在这两种情况下，我们讨论他们的Gribov模糊性和交换子代数。我们构造的动量算子，内积和哈密顿在这两种类型的规范，系统的平移不变性和不平移不变性。强调了与非协变规范中量子电动力学量子化的类比。我们的结果被应用到准刚性系统中的Eckart框架。
2003-05-17 hep-ph quant-ph
Synthetic gauge fields and homodyne transmission in Jaynes-Cummings lattices
多体物理学传统上关注的是相互作用的大质量粒子系统。最近对光子之间的有效相互作用的研究，通过将微波场耦合到超导量子比特而在电路QED架构中诱导，为基于光子的多体物理学铺平了道路。我们导出了这种电路QED阵列中光子跳跃幅度的大小和本征符号。对于一个有限的，环形的Jaynes-Cummings晶格暴露于一个合成的规范场，我们表明，简并出现在单激发光谱，这可以引起强关联的相互作用系统与多个激发。我们计算这样的设备的零差传输，解释已知的单站点Jaynes-Cummings模型的真空拉比分裂的泛化，并确定指纹的相互作用超出线性响应制度。
2011-08-17 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
Many-body quantum optics in a Bose-Hubbard waveguide
Columbia University（哥伦比亚大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）
该研究耦合量子发射器与玻色-哈伯德波导，发现光子相互作用可触发超辐射爆发，非共振区存在两类介导相互作用，莫特极限下准粒子介导短程作用，连接多体物理与波导QED。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamics of spin-momentum entanglement from superradiant phase transitions
本研究提出一个四能级多体腔QED模型，揭示自旋-动量纠缠态在超辐射相变中的动力学行为，并探讨腔损耗作用及光偏振读出方案，为连接非平衡相变与量子关联建立奠定基础。
2024-06-27 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Seamless high-Q microwave cavities for multimode circuit QED
多模腔量子电动力学-一个二能级系统同时与许多腔模相互作用-为量子信息处理和量子光学提供了一个通用的框架。由于长的相干时间和大的相互作用强度的组合，腔QED的领先实验平台之一涉及将超导电路耦合到3D微波腔。在这项工作中，我们实现了一个3D多模电路QED系统的单光子寿命为$2$ ms和合作的$0.5-1.5\times10^9$跨9个模式的一种新的无缝腔。我们展示了各种协议的通用单模量子控制适用于所有腔模式，只使用一个单一的驱动线。我们通过开发一种简单的长笛方法来实现这一目标，该方法用于创建单片超导微波腔，降低损耗，同时允许控制模式谱和模式-量子位相互作用。我们强调了这种技术的灵活性和易于实施，通过使用它来制造各种3D腔的几何形状，提供了一个模板，工程多模量子系统具有非常低的耗散。这项工作是实现硬件高效随机存取量子存储器和处理器的重要一步，也是探索光子量子多体物理的重要一步。
2020-11-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Far from equilibrium field theory for strongly coupled light and matter: dynamics of frustrated multi-mode cavity QED
本研究将高能物理的两粒子不可约（2PI）有效作用量泛函积分技术应用于强耦合光-物质系统，以非微扰守恒框架、多项式时间代价获取非平衡动力学，补充阻挫多模腔QED的自旋玻璃分析，并可推广至多体量子光学平台。
2024-06-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
