Cavity-assisted squeezing and entanglement: Non-adiabatic effects and optimal cavity-atomic ensemble matching
在腔辅助拉曼方案中，我们从理论上研究了光场与冷原子系综集体自旋极化的量子纠缠。以前的工作主要集中在坏的腔限制，信号是远远长于腔场寿命。考虑到原子弛豫和其他缺陷，可能需要加速光-原子界面操作。通过增加腔场寿命，可以实现更好的光-物质耦合和纠缠。在我们的工作中，我们考虑的非绝热效应，成为重要的坏腔限制在低光子和连续变量制度。我们发现经典的控制场的时间分布，允许一个检索从腔的输出量化信号的预定义的时间形状和持续时间，这是最佳的零差检测，光学混合或进一步的操作。与腔场寿命相比，这是针对宽范围的信号持续时间完成的。我们讨论了一个最佳的腔-原子系综匹配的腔场寿命，它允许一个较低强度的控制场，并尽量减少各种非线性效应，如交流光位移，四波混频等，这可能是潜在的有害的实验。
2019-08-19 quant-ph
Spectroscopic properties of inhomogeneously broadened spin ensembles in a cavity
在相同原子或自旋的大集合中，与电磁辐射场的模式的相互作用集中在具有集体增强耦合的单个超辐射自由度中。给定可控的非均匀加宽，这样的系综可以用于辐射场的量子态的多模存储，其在量子通信网络和量子计算机中具有应用。在本文中，我们分析的宽度和形状的非均匀加宽的影响集体增强和动力学的腔系综系统的集中的后果的适用性量子信息处理任务。
2011-01-25 quant-ph
Bound state in the continuum by spatially separated ensembles of atoms in a coupled-cavity array
本文给出了一维耦合腔阵列中光子和原子的连续束缚态的解析解。这些束缚态是由两个系综的二能级原子被限制在单独的腔阵列。我们表明，在该政权的相邻腔之间的光子跳跃率是高的集体拉比频率相比，BIC对应于一个subradiant集体原子态，其中两个合奏的原子强烈纠缠。另一方面，在低的光子跳跃率制度，BIC表现为量子腔，其中光子可以被困在两个原子系综之间。
2017-08-22 quant-ph
Optimal control of an inhomogeneous spin ensemble coupled to a cavity
我们将最优控制技术应用于耦合到腔的非均匀自旋系综。提出了一个通用的程序设计的控制策略。我们数值上显示了最优控制领域对系统不确定性的鲁棒性有助于提高检测过程的灵敏度的程度。数值模拟的参数取自最近的电子自旋共振实验。低和高协同制度进行了探讨。
2018-07-04 quant-ph
Protecting a Spin Ensemble against Decoherence in the Strong-Coupling Regime of Cavity QED
基于自旋系综耦合到超导微波腔的混合量子系统是腔量子电动力学（QED）实验和利用量子力学效应的未来技术的有前途的候选人。目前，这些系统中退相干的主要来源是非均匀自旋展宽，这限制了它们在量子信息的相干传输和存储方面的性能。在这里，我们研究了超导腔与金刚石中氮空位中心系综的强耦合动力学。我们实验观察的第一次，如何退相干诱导的非洛伦兹自旋分布可以被抑制在强耦合制度-一种被称为“腔保护”的现象。为了证明这种效应的相干控制方案的潜力，我们展示了如何适当选择微波脉冲可以增加两个数量级的腔和自旋系综之间的相干振荡的幅度。
2014-04-16 quant-ph
Dynamics of the collective modes of an inhomogeneous spin ensemble in a cavity
研究了非均匀加宽自旋系综与单腔模耦合的激发动力学。自旋系综的集体激发可以用广义自旋波来描述，在没有腔的情况下，自旋系综的自由演化可以描述为波数的漂移而没有色散。在这篇文章中，我们表明，在存在耦合到腔模式的动态可以单独描述的波数的修改后的时间演化。特别是，我们表明，集体激发与一个明确定义的波数通过没有分散从负到正值的波数没有填充零波数自旋波模式。这些结果与多模式集体量子存储器有关，其中量子比特以不同的自旋波编码。
2011-03-02 quant-ph
Optomechanical Cavity Cooling of an Atomic Ensemble
我们证明了原子系综的单个集体运动模的腔边带冷却，直到平均声子占有数为2.0（-0.3/+0.9）。这两个最小占用数和所观察到的冷却速率是在良好的协议与光机模型。冷却速率常数与系综的总光子散射速率成正比，表明了光致冷却过程的合作性质。我们推导出腔冷却的基本限制，无论是集体模式，或同情，单原子自由度。
2011-07-23 quant-ph
Interaction between Atomic Ensembles and Optical Resonators: Classical Description
原子与腔相互作用中的许多效应通常用量子力学术语（腔量子电动力学，腔QED）来描述，在经典框架下可以理解和定量分析。我们采用这种辐射偶极振子的经典图象，导出了自由空间和光学谐振腔中单原子和原子系综与高斯模耦合的显式表达式。腔QED的协同性参数被证明起着核心作用，并给出了几何解释。经典的分析产生透明的，直观的结果，是有用的分析应用的腔QED，如原子探测和计数，腔冷却，腔自旋压缩，腔自旋光力学，或相变与自组织的系综光系统。
2011-11-21 quant-ph
Cavity QED with an ultracold ensemble on a chip: prospects for strong magnetic coupling at finite temperatures
研究了超精细跃迁冷原子与微波谐振腔模磁耦合系综的非线性动力学。尽管存在微小的单原子耦合，但人们在集体超精细量子位和微波光子之间获得强耦合，使得能够在长寿命原子量子位状态和模式之间进行激发的相干转移。即使在有限的热光子数下，也可以从腔的透射谱中得到强耦合的证据。该系统使得有可能进一步研究突出的集体现象，如超辐射衰变的倒置合奏或锁定到原子超精细跃迁的窄带带状线微脉泽的建设。
2010-09-02 quant-ph
Quantum Computing on Multi-atomic Ensembles in Quantum Electrodynamics Cavity
提出了一种基于QED腔中多原子相干系综的固态量子计算机中基本量子门的有效实现方法。在这里，我们使用双系综量子比特编码和基于交换的操作，它们一起提供了通过三个基本门实现任何编码的单量子比特操作，并且编码的受控非操作在单个步骤中执行。这种方法简化了通用量子计算的物理实现，并增加了对许多错误的免疫力。我们还证明了所提出的量子计算机的架构满足Dijuenzo准则。
2011-11-14 quant-ph
Cavity cooling to the ground state of an ensemble quantum system
我们描述了一种方法，用于初始化一个纯粹的基态的量子比特的合奏，通过应用集体腔冷却技术在每个量子比特的存在下的本地退相噪声。为了解决系综系统的动力学，我们引入了一种耗散微扰理论的方法，该方法将平均哈密顿理论应用于时间耗散相互作用框架中，以找到系统动力学的平均有效微扰子。我们使用SU（4）代数生成器解析求解系综中任意数量量子比特的一阶微扰。我们发现，一阶的有效热弛豫描述了本地$T_1$热弛豫的基态的每个量子比特在系综中的速率等于集体腔冷却耗散率。所提出的技术应该允许并行初始化的高纯度的状态在大型系综量子系统的基础上的固态自旋。
2016-03-01 quant-ph
EIT-like phenomenon with two atomic ensembles in a cavity
研究了两原子系综通过单模腔场间接耦合后的集体低激发谱。当左系综受外光场驱动时，当层间按节点-反节点顺序排列而非按反节点-节点顺序排列时，其对入射光的响应谱表现出类似电磁感应透明（EIT）的现象.在波腹-波腹序列的情况下，响应谱表现出具有两个透明窗口的类EIT现象。我们还研究了原子集体激发模的涨落谱，发现了类似的EIT现象。
2013-04-10 quant-ph
Entangled atomic ensemble and an yttrium-iron-garnet sphere in coupled microwave cavities
本研究提出耦合微波腔方案，实现原子系综与YIG球的远距离二体、三体纠缠，验证了纠缠的温度鲁棒性，表明腔-腔耦合强度可调控纠缠程度与转移，优化远距离纠缠性能。
2024-04-12 quant-ph
Measurement-based quantum computing with a spin ensemble coupled to a stripline cavity
最近，一种新的量子存储器被提出。存储介质是电子自旋的集合，耦合到带状线腔和辅助读出系统。理论研究表明，该系统应该能够在系综中存储大量量子比特，并且已经进行了实验概念验证。在这里，我们表明，这种最小的架构不仅限于存储，但实际上是能够通过采用基于测量的纠缠完整的量子处理。该技术似乎是非常强大的预期占主导地位的错误类型。关键的使能组件，即读出技术，非破坏性地确定“有n个光子在腔？”，已经在实验上实现了。
2012-02-01 quant-ph
Analysis of quantum interface between Rydberg-blocked atomic ensemble and cavity optical field with two-photon transition
研究了腔内里德伯阻塞原子系综的原子-光子量子界面，其中基态-里德伯跃迁是通过双光子跃迁实现的。通过理论分析，我们报告了我们最近在光域的Jaynes-Cummings模型和由该平台实现的鲁棒原子-光子量子门的研究结果。对实现的要求是温和的，其中包括适度高精细度的光学腔，典型的碱金属原子如Rb或Cs，以及冷原子系综在Rydberg阻塞半径内的条件。分析了腔模中原子系综与量子化光场的集体耦合。我们展示了它作为光子量子比特和物质量子比特之间的受控相位门的能力。在分析中还考虑了与该系统的几个主要退相干因素相关的不利影响。
2018-05-22 quant-ph
Generation of mesoscopic entangled states in a cavity coupled to an atomic ensemble
我们提出了一种基于量子化腔模对与原子系综共振相互作用有效产生NOON态的新方案。我们表明，在强耦合制度的绝热演化系统倾向于一个极限状态，描述光子和原子之间的介观纠缠，可以很容易地转换成一个纯粹的光子或原子NOON状态。我们还证明了显着的属性，该计划的效率随腔协同因子呈指数增长，这使得高的NOON状态的数量有效的访问。实验的可行性的计划进行了讨论，并证明其效率的数值。
2012-04-10 quant-ph
Non-Markovian decoherence dynamics of the hybrid quantum system with a cavity strongly coupling to a spin ensemble: a master equation approach
基于最近的超导微波腔与非均匀加宽自旋系综在外加驱动场作用下强耦合的混合量子系统的实验，我们利用精确主方程方法研究了其非马尔可夫退相干动力学.这里的自旋系综是由金刚石中带负电荷的氮空位（NV）缺陷制成的。我们精确的开放系统主方程理论描述了实验退相干的结果，并揭示了如何在强耦合制度的非均匀加宽引起的退相干被抑制的机制。此外，我们展示了如何光谱烧孔产生局域态，以进一步抑制腔退相干。我们还研究了这个系统中的两时间关联，以进一步展示量子涨落如何表现量子记忆。
2020-06-29 quant-ph
Generation of pure continuous-variable entangled cluster states of four separate atomic ensembles in a ring cavity
提出了一种在高精细度环形腔中制备四个不同原子系综的连续变量纠缠团簇态的实用方案。该方案不需要一组外部输入压缩场、分束器网络和测量。它只基于原子系综和腔模之间的色散相互作用以及适当调整幅度和相位的激光脉冲的顺序应用。我们证明了在连续激光脉冲作用下，原子的场模被驱动到压缩真空态。然后根据属于聚类状态类的要求检查状态。我们举例说明的纠缠团簇态，所谓的连续变量的线性，方形和T型团簇态的三个例子的方法。
2009-03-18 quant-ph
Driven quadrature and spin squeezing in a cavity-coupled ensemble of two-level states
从理论上研究了在相干离轴光场连续驱动下腔耦合系综中产生的正交压缩的大小。使用一组截断的运动方程从Dicke哈密顿量，稳态正交压缩的腔场的数值计算接近-3 dB的限制，而调频正交压缩接近-14 dB的限制，在没有纯相移，并作为一个函数的合奏的大小和失谐。纯退相对稳态正交压缩的影响被证明是通过增加失谐的驱动场来减轻，而调频压缩仅在累积耦合和驱动速率超过纯退相速率的情况下才被屏蔽。自旋压缩纠缠也被计算为与弱驱动的调频正交压缩同时发生。
2021-02-03 quant-ph
Quantum states preparation of an atomic ensemble via cavity-assisted homodyne measurement
原子系综的量子自旋态无论在基础研究还是在精密测量应用中都有着特殊的意义。本文提出了一种利用探测光场的零差测量制备原子系综集体量子态的方案。光腔增强了光子介导的原子间的有效相互作用，输出的探测光也可以与集体自旋态纠缠。通过选择性地测量输出光的正交度，我们可以制备各种量子态，包括Dicke态的叠加态和Dicke压缩态。通过重复零拍探测和使用较长的探测激光脉冲，可以提高所制备的量子态的保真度。我们的方案在现有技术条件下实验上是可行的，可用于量子力学和量子精密测量的进一步研究。
2018-09-13 quant-ph
Theory of cavity-enhanced non-destructive detection of photonic qubits in a solid-state atomic ensemble
光子量子比特的非破坏性检测将在光子量子信息处理和量子通信中得到重要应用。在这里，我们提出了一种方法的基础上，包含一个合奏的稀土离子的固态腔。首先，将包含许多光子的探测脉冲存储在系综中。然后，一个代表时间仓量子比特的单个信号光子在系综上印上一个相位，这是由于AC斯塔克效应。该相位不依赖于信号光子的确切定时，这使得检测对时间仓量子比特状态不敏感。然后，探测脉冲被恢复，并通过零差检测来检测其相位。我们表明，腔导致的依赖性的印记相位上的{ \it探针}光子数，这导致一个扩展的探测相位，在对比简单的移位，发生在没有一个腔。然而，我们表明，这种情况下仍然允许非破坏性检测的信号。我们讨论了该计划的潜在实现，表明高成功概率和低损失应同时实现。
2018-07-12 quant-ph
Collective effects between multiple nuclear ensembles in an x-ray cavity-QED setup
最近的几个实验表明，嵌入薄膜腔中的穆斯堡尔核的设置为X射线量子光学提供了一个有抱负的平台。在这里，我们概括了我们早期开发的这个平台的理论模型[Phys. Rev. A 88，043828（2013）]。理论描述扩展到多核系综和腔中的多模。虽然单独的扩展不会导致新的定性功能，它们的组合产生了不同的核合奏和不同的光谱特征之间的可观测量的合作效果。Roehlsberger等人的相关实验[Nature 482，199（2012）]被成功建模，用半经典方法导出的标度被再现，并且用我们的量子力学描述获得了对设置的微观理解。
2015-06-09 quant-ph
Hybrid non-degenerate parametric amplifier for a microwave cavity mode and an NV ensemble
Akhiezer Institute for Theoretical Physics, NSC KIPT（阿基谢尔理论物理研究所，NSC KIPT）；Advanced Photonics and Electronics Division, U.S. Army DEVCOM Army Research Laboratory（先进光子学与电子学部门，美国陆军DEVCOM陆军研究实验室）；Department of Physics, University of Massachusetts at Boston（马萨诸塞大学波士顿分校物理系）；Education and Research Institute “School of Physics and Technology”, Karazin Kharkiv National University（卡尔齐诺夫哈尔科夫国立大学教育与研究所“物理与技术学院”）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电气与计算机工程系）；Department of Physics and Engineering Physics, Tulane University（杜兰大学物理与工程物理系）
该研究提出了一种混合非退化参数放大器，通过调制自旋集合频率实现微波谐振腔模式与NV集合的信号放大和压缩，展示了在不同温度下的性能表现。
2026-01-06 quant-ph
Beyond the Tavis-Cummings model: revisiting cavity QED with atomic ensembles
用Tavis-Cummings模型描述了$N$二能级原子系综与单模电磁场的相互作用。在那里，集体增强的光-物质耦合强度由$g_N = \sqrt{N} \bar{g}_1$给出，其中$\bar{g}_1$是整体平均的单原子耦合强度。以前，这个模型已被用来描述和分析许多基于腔的实验。在这里，我们表明，这是唯一合理的，如果到非腔模式的有效散射率是可以忽略不计相比，腔的自由光谱范围。在实验参数方面，这要求系综的光学深度低，这是在几个最先进的实验中违反的条件。我们给出了Tavis-Cummings模型的有效性的定量条件，并推导出一个更一般的哈密顿描述，考虑到级联的光子与所有连续的原子的相互作用。我们表明，我们的模型的预测可以不同的定量，甚至定性与Tavis-Cummings模型。最后，我们提出的实验数据，从Tavis-Cummings模型的预测的偏差是显而易见的。我们的研究结果是相关的所有实验中，光学密集的合奏量子发射器耦合到一个光学谐振器。
2021-07-09 quant-ph
Fundamental limitations in spin-ensemble quantum memories for cavity fields
非均匀加宽的自旋系综在当今实现混合量子处理架构中起着重要作用。当耦合到谐振器时，这样的系综可以用作谐振器场的多模量子存储器，并且通过采用自旋重聚焦技术，量子存储时间可以扩展到系综中的各个自旋的相干时间。在本论文中，我们调查这样一个存储器协议能够存储一个未知的共振场状态，我们分别研究的协议的各个组成部分：存储和读出部分，自旋系综和共振场去耦的存储器保持时间，和采用自旋重新聚焦技术的部分。使用分析和数值方法，我们得出如何获得内存性能的规模与各种物理参数。
2013-09-21 quant-ph
Creation of pure multi-mode entangled states in a ring cavity
讨论了在高Q环形腔中制备原子系综多模压缩（纠缠）态的实用方案。假设腔由两个相互反向传播的简并模组成，这两个模可以同时与原子系综耦合，并且具有相同的耦合强度。系综由超冷原子组成，它们被建模为由两个激光场驱动的四能级系统，两者都与腔方向之一共同传播。我们说明了一个程序，从真空中构造多模压缩态的一个幺正变换与集体动力学的原子系综受到适当调整的振幅和相位的驱动激光。激光脉冲与腔耗散一起在期望的稳态压缩态中准备集体模式。
2010-02-01 quant-ph
Squeezing the Collective Spin of a Dilute Atomic Ensemble by Cavity Feedback
我们提出并分析了一种简单的方法，通过与光学谐振腔的驱动模相互作用，动态地、无条件地压缩稀释原子系综的集体自旋，正如最近证明的那样[I]。D. L.，M. H.美国，和V.V.，物理修订信函104，073602（2010）]。我们表明，大量的压缩可以实现在政权的强集体系综谐振腔耦合。压缩最终受到光子发射到自由空间或布洛赫球曲率的限制。我们推导出这两个极限，并显示出每一个都占上风。
2010-02-18 quant-ph
Adiabatic elimination for ensembles of emitters in cavities with dissipative couplings
我们考虑一个腔耦合的二能级发射体通过完全（相干和耗散）偶极-偶极相互作用相互作用的系综。使用绝热消除过程中，我们推导出有效的运动方程的子系统组成的腔和一个单一的发射器。这些方程可用于增强单发射器腔耦合的方案，如[S。Schütz，J. Schachenmayer，D.哈根米勒湾K. Brennen，T. Volz，V. Sandoghdar，T. W.埃贝森角基因，G. Pupillo，e-print arXiv：1904.08888].我们分析了有效的子系统参数的限制，并研究如何在子系统中的联合耗散衰变过程影响腔耦合特性的单发射器和腔传输谱。
2019-12-29 quant-ph
Cavity cooling of an ensemble spin system
我们描述了如何边带冷却技术可能适用于磁共振大自旋系综。使用Tavis-Cummings模型在拉比驱动器的存在下，我们解决了一个马尔可夫主方程描述的联合自旋腔动力学导出冷却速率作为合奏大小的函数。我们的计算表明，耦合的角动量子空间的自旋系综包含大致$10^{11}$电子自旋可以极化的时间比典型的热弛豫时间短许多数量级。所描述的技术应该允许有效地去除基于自旋的量子信息处理器的熵和自旋样本的快速极化。将量子光学中的标准技术应用于磁共振也有助于加强这两个领域之间的联系，由于制造抗噪声量子设备的混合设计的发展，最近开始进一步详细探索。
2014-02-24 quant-ph
Spontaneously induced atom-radiation entanglement in an ensemble of two-level atoms
采用计算相干态传播子的方法，分析了初始制备于上能级并置于含有压缩辐射的腔中的二能级原子系综中原子-辐射纠缠的自发诱导关联。结果表明，腔辐射具有压缩特性，而压缩效应的产生直接归因于腔内辐射的压缩。腔辐射强度随压缩参数和相互作用时间的增加而增加。研究还表明，原子态和辐射模之间的纠缠程度在特定的时刻存在，依赖于耦合常数和压缩参数。我们认识到，尽管压缩辐射直接导致腔场压缩，但它显著破坏了原子与辐射的纠缠。
2007-07-26 quant-ph
Robust microwave cavity control for NV ensemble manipulation
针对微波腔操控NV系综时外部控制与腔内场不一致的问题，提出基于GRAPE的优化方法，生成鲁棒脉冲并集成到PulsePol序列，使失谐容忍度提升五倍。
2025-03-28 quant-ph
Squeezing of Collective Excitations in Spin Ensembles
我们分析了通过反转一个系综中的自旋并允许系综之间通过近共振腔场进行自旋交换来产生两个独立自旋系综的双模自旋压缩态的可能性。我们调查的动力学系统使用的数值和解析计算相结合，我们得到了压缩的参数范围很广。我们还研究了压缩特性向腔场和腔输出模的转移。最后，我们调查如何压缩的影响，将存在于固态实现的自旋系综的不均匀性的影响。
2012-07-29 quant-ph
Feedback-enhanced distant entanglement of magnon and phonon modes with atomic ensembles in coupled cavities
提出含相干反馈回路的双耦合腔混合系统，利用五种激发模式实现并显著增强原子系综、光子与磁振子、声子间的远程两体纠缠。
2025-05-11 quant-ph
Probing nonclassicality in an optically-driven cavity with two atomic ensembles
在开放量子系统的框架下，通过考虑两个二能级原子系综相对于腔场的波节和波腹的不同构型，研究了在由两个二能级原子系综组成的腔场物理系统中观测到非经典特性的可能性.该研究揭示了强存在的非经典特性的物理系统中建立的非经典性，如亚泊松玻色子统计和单模压缩，模间压缩，模间纠缠，反聚束，和转向的许多方面的存在。一些参数的影响，表征物理系统，对不同方面的非经典性也进行了研究。具体而言，据观察，深度的非经典见证参数可以通过外部驱动的合奏与光场之一增强。这项工作是在开放系统的影响，特别是，使用朗之万方程以及一个合适的微扰技术。
2018-07-07 quant-ph
Quantum statistics of the collective excitations of an atomic ensemble inside a cavity
研究了高精细度腔中原子系综集体激发的量子统计特性。在大失谐量下，虚光子交换可以引起原子间的长程相互作用，从而产生关联激发。特别地，当平均光子数取一定值时，诱导的长程相互作用有效地抑制了双原子激发，使两个最近的能级发生简并，从而产生原子阻塞现象。当平均光子数达到几个临界点时，间接相互作用的原子系综发生了量子相变。从这个意义上说，集体激发的量子统计性质对平均光子数的变化非常敏感。我们的模型表现出量子相变类似的Lipkin-Meshkov-Glick模型。我们的建议可以在各种系统中实现，包括腔量子电动力学（QED），玻色-爱因斯坦凝聚体，和电路QED。
2012-02-08 quant-ph
Encoded Universality of Quantum Computations on the Multi-Atomic Ensembles in the QED Cavity
我们提出了一组有效的基本量子门，它们提供了一种编码的普适性，并证明了这些量子门用于基于QED腔中多原子系统的固态量子计算机的物理可行性。我们使用双量子比特编码和交换操作来简化通用量子计算的物理实现，并增加对一些错误的免疫力。这种方法允许通过三个基本门来实现任何编码的单量子位操作，并且编码的受控非操作可以在单个步骤中执行。对于实现一些常用的受控门也显示出相当大的优势。
2011-09-01 quant-ph
Probing Strong Coupling between a Microwave Cavity and a Spin Ensemble with Raman Heterodyne Spectroscopy
拉曼外差光谱是表征自旋能量和动力学的有力工具。该技术使用光泵将相干性从自旋跃迁转移到更容易检测到相干发射的光跃迁。在这里，拉曼外差光谱用于探测耦合到微波腔的正硅酸钇（Y $_2$ SiO $_5$）晶体中的铒掺杂剂的同位素纯化系综。由于铒电子的自旋跃迁是强耦合到微波腔，我们观察到拉曼外差信号的混合自旋腔模式（极化激元）的谐振频率，而不是裸铒自旋跃迁频率。使用耦合系统，我们进行了饱和恢复测量的基态自旋弛豫时间T $_1$ = 10 $\pm$ 3秒，也观察到拉曼外差信号使用的激发态自旋跃迁。我们讨论了这些结果的影响，努力朝着转换微波量子态的光学量子态。
2021-05-12 quant-ph
Strong magnetic coupling of an inhomogeneous NV ensemble to a cavity
我们从理论和实验上研究了低温下金刚石中带负电荷的氮空位中心与高$Q$超导共面波导腔模耦合的稠密系综。氮空位中心被模拟为具有不均匀频率分布的有效自旋1缺陷。对于一个足够大的系综，集体自旋的有效磁耦合主导模式损耗和系综的非均匀加宽，系统表现出良好的解决正常模式分裂的探测透射谱。我们使用几种理论方法来模拟探测光谱和自旋的数量和频率分布。该分析揭示了缺陷的仅缓慢的温度依赖性q-高斯能量分布，在低于$\unit{100}{\milli\kelvin}$的非常低的温度下有效耦合的自旋具有尚未解释的降低。根据系统参数，我们预测了通过在系统中加入外泵浦来实现极稳定脉塞的可能性。
2011-12-20 quant-ph
Backaction noise produced via cavity-aided nondemolition measurement of an atomic clock state
我们用量子非破坏测量方法研究了高精细度光学腔中原子系综的集体赝自旋。我们分析了测量过程中产生的反作用反压缩，表明我们的方案可以在原子系综中产生条件自旋压缩。
2008-10-22 quant-ph
A scheme for generating entangled cluster state of atomic ensembles
它在Ref中显示。[Phys.Rev.A77，045802（2008）]中指出，控制原子和原子样品与腔体色散相互作用的动力学可以用Jaynes-Cummings模型描述，原子样品的集体模可以类似于玻色子模。在这里，通过类比原子样品与腔的行为，我们提出了一个方案，产生原子系综的团簇态的腔QED。
2008-12-27 quant-ph
Generating coherence and entanglement with a finite-size atomic ensemble in a ring cavity
提出了一个模型，研究了高Q环形腔中有限大小原子系综与简并反向传播场模相互作用所产生的相干和纠缠。我们的方法适用于一个任意数量的原子N，并包括整个系综场的空间变化。我们报告了几个新的有趣方面的相干性和纠缠行为时出现的原子系综的大小不采取的热力学限制N>>1。在这种条件下，发现对向传播的腔模虽然在热力学极限下是互不相干的，不存在单光子干涉，但在与有限尺寸的原子系综相互作用后，可以使这些模相互相干并产生干涉.研究还发现，原子在有限尺寸范围内的空间重新分布导致集体玻色子模的非正交性。这种非正交性导致了超聚束效应，即单个腔模和不同模式的光子之间的相关性比热场的光子之间的相关性更强。然而，我们发现，相关性不足以违反柯西-施瓦茨不等式，并产生压缩和纠缠模式之间。因此，我们研究了对数负性的谱分布和输出场的方差。这些函数决定了输出腔场的压缩和纠缠特性，可以用零差技术测量。我们发现纠缠在频谱的几个分量上重新分布，并且有限尺寸效应将纠缠集中在频谱的零频率分量上。
2011-09-14 quant-ph
Cavity-Free Distributed Quantum Computing with Rydberg Ensembles via Collective Enhancement
University of Nevada（内华达大学）
本文提出利用集体增强的 Rydberg 原子集群实现无腔量子网络协议，通过 Rydberg 阻塞、集体增强的光-物质耦合和相匹配的定向发射，实现高效分布式量子计算和安全通信。
2026-06-08 quant-ph
Phase Anti-Synchronization dynamics between Mechanical Oscillator and Atomic Ensemble within a Fabry-Perot Cavity
相位同步是指两个或多个系统之间的相位差被锁定的一种集体现象，在物理性质相同的系统之间，如机械振子之间的同步和原子系综之间的同步等，相位同步已得到广泛的研究。在这里，我们研究了机械振子和原子系综这两个具有不同物理性质的系统之间的同步行为，并观察到一种新的同步现象，即，锁定相位和而不是相位差。我们将这种独特的同步称为相位反同步，并证明了这种相位反同步在经典和量子水平上都可以实现，这意味着这种新颖的集体行为可以在实验中得到验证.此外，相位反同步和量子关联之间的一些有趣的联系被发现。
2020-06-05 quant-ph
Squeezing giant spin states via geometric phase control in cavity-assisted Raman transitions
压缩自旋系综为量子精密测量提供了一种超越标准量子极限的方法，同时也为检验基础物理提供了一种新的途径，因而引起了广泛的关注。在这里，我们提出了一个实验上可访问的协议，通过几何相位控制挤压一个巨大的自旋系综。利用双$Λ$型系统中的腔辅助拉曼跃迁，我们实现了一个有效的Dicke模型。在有效自旋跃迁频率为零的条件下，我们发现了一个特定的演化时刻，此时腔与自旋纠缠，自旋系综被压缩。我们的方案有可能提高量子精密测量的灵敏度约两个数量级的自旋。
2016-10-18 quant-ph
Single-atom single-photon coupling facilitated by atomic-ensemble dark-state mechanisms
我们建议耦合单原子量子比特的光子入射到一个腔含有一个原子系综不同的物种，介导的耦合通过里德伯相互作用。在经典场和腔场的作用下，系综形成了一个集体暗态，它与输入光子共振，而量子位原子的激发导致了一个分裂腔共振的次级“暗”态。这两种不同的暗态机制产生零和$π$反射相移，并可用于实现原子和光学量子比特之间的量子门。
2016-11-17 quant-ph
Dispersive readout of cavity-coupled solid-state sensor with near-unity readout fidelity
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Honda Research Institute USA, Inc.（本田美国研究所）；U.S. Army DEVCOM Army Research Laboratory（美国陆军DEVCOM陆军研究实验室）
本文提出一种色散腔量子电动力学读出技术，克服氮空位中心系综传感器的自旋饱和与功率展宽限制，实现接近单位逆读出保真度和飞特斯拉级灵敏度，并展示随自旋数N的1/N灵敏度标度。
2026-05-24 quant-ph
Cavity QED engineering of spin dynamics and squeezing in a spinor gas
我们提出了一种方法，工程自旋动力学的整数自旋原子系综限制在一个高精细光学腔。我们的建议使用腔辅助拉曼跃迁工程迪克模型的整数自旋原子，其中，在色散限制，减少到有效的原子-原子相互作用的合奏。这一方案为探索广泛的旋量多体物理提供了一条有前途的、灵活的新途径。作为一个例子，我们提出的结果表明，这种方法可以用来产生自旋1原子系综的自旋压缩。有了实际的参数，这个方案应该能够在比目前自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体实验短得多的时间尺度上实现实质性的压缩。
2017-12-13 quant-ph
Strong Spin Squeezing Induced by Weak Squeezing of Light inside a Cavity
提出了一种在弱失谐双光子驱动下产生Floquet腔中原子系综自旋压缩的简单方法。我们证明了{ \it--光场在腔内的弱压缩可以反直觉地诱导强自旋压缩}。这是通过利用光子对与原子相互作用的反斯托克斯散射过程来实现的。具体地说，{ \it光子对中的一个光子通过部分吸收另一个光子的能量而散射到腔共振中，另一个光子的剩余能量激发原子}。散射，结合Floquet边带，提供了一种替代机制来实现海森堡有限自旋压缩。我们的方案{ \it not}需要对原子系综施加多个经典和腔光子驱动，因此与其他基于腔的方案相比，其实验可行性大大提高。作为一个例子，我们展示了一个可能的实现与超导共振器耦合到氮空位电子自旋系综。
2020-09-11 quant-ph
Quantum interface between a transmon qubit and spins of nitrogen-vacancy centers
混合量子线路结合了各个系统的优点，为量子信息处理提供了一个很有前途的平台。在这里，我们提出了一个实验方案，直接耦合一个transmon量子位到一个单独的自旋在氮空位（NV）中心，与耦合强度的三个数量级大于一个单一的自旋耦合到微波腔。transmon和NV中心之间的这种直接耦合可以用于形成transmon总线，从而导致不同单自旋之间的相干虚拟交换。此外，我们还证明了通过将一个transmon耦合到一个低密度NV系综上，可以实现transmon和NV系综之间的SWAP操作，并在腔-transmon-NV系综混合系统上实现NV系综态的量子非破坏测量.此外，在该系统上，可以在腔和NV系综之间实现虚拟耦合，其在幅度上比腔和NV系综之间的直接耦合大得多。通过这种虚耦合，可以更有效地将腔中的光子态存储到NV自旋中。
2017-09-25 quant-ph
Electron spin ensemble strongly coupled to a three-dimensional microwave cavity
我们证明了反射几何中电子自旋系综与三维腔之间的强耦合。我们还发现，在集体耦合强度$g_c$小于自旋线宽$γ_s$或腔线宽的条件下，可以观察到腔/自旋谱中的反交叉.我们确定$g_c$与$γ_s$的比率（$g_c/γ_s >$ 0.64）作为观察腔频率分裂的条件。最后，我们确认$g_c$与$\sqrt{N}$成比例，其中$N$是极化自旋的数量。
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Unconditional two-mode squeezing of separated atomic ensembles
我们提出了一个方案，无条件制备的双模压缩态的有效玻色子模式实现在一对原子系综集体相互作用的光学腔和激光场。该方案利用稳定原子基态之间的拉曼跃迁，并在理想条件下产生稳态的纯纠缠态。该方案适用于限制在一个单一的腔和合奏限制在单独的，级联的腔。
2006-02-08 quant-ph
Effects of driven atomic ensemble on the output spectrum and entanglement of optomechanical system
该研究提出由经典激光驱动二能级原子系综构成腔壁的腔QED间接驱动光力学模型，发现原子系综与腔模的耦合及激发水平显著影响系统输出压缩谱和光力纠缠，为理解光力学系统的关联与谱特性机制提供新见解。
2025-03-20 quant-ph
Cavity-Born-Oppenheimer Hartree-Fock Ansatz: Light-matter Properties of Strongly Coupled Molecular Ensembles
本文提出腔玻恩-奥本海默哈特里-福克拟设，用于非微扰自洽描述强耦合分子系综，并通过氟化氢系综验证了腔介导分子间偶极-偶极相互作用对单分子能量的影响。
2023-07-05 physics.chem-ph quant-ph
Cavity optomechanics in ultrastrong light matter coupling regime: Self-alignment and collective rotation mediated by Casimir torque
该研究理论上探讨了光学腔内量子二聚体系综在超强耦合下的行为，预测了由腔光子交换角动量引起的二聚体自对齐，以及手性腔真空态角动量转移导致的集体同步旋转两种新效应。
2023-11-28 quant-ph
