Spontaneously sliding multipole spin density waves in cold atoms
本研究在激光驱动的冷铷原子系综中观测到由光介导相互作用和光学反馈诱导的自发漂移耦合自旋与四极密度波,其方向和手性来自对称性破缺,揭示了非平衡磁体的新输运机制。
2024-02-27 cond-mat.stat-mech nlin.PS quant-ph
Feasibility of detecting single atoms using photonic bandgap cavities
我们提出了一种原子腔芯片,它结合了激光冷却和磁性微阱和波导的中性原子的捕获提供一个冷原子的光纤锥形耦合光子带隙(PBG)腔的模式。利用半经典处理和无条件主方程方法分析了该装置探测单原子的可行性。单原子探测似乎是可以实现的,在最初的实验中,涉及到非确定性的弱囚禁原子到模式的PBG腔。
2004-02-13 quant-ph
Intra-atomic frequency comb based photonic quantum memory using single-atom-cavity setup
光子的按需和有效存储是量子信息处理和长距离量子通信的基本要素。大多数量子存储器协议需要体系统来存储光子。然而,随着用于量子信息处理的集成光子芯片平台的出现,片上量子存储器受到高度追捧。在本文中,我们提出了一个仅使用单原子腔结构的多模光子量子存储器协议。我们证明了一个含有频率梳的单原子耦合到一个光腔中可以有效地存储光子。此外,该方案还可以用于存储光的偏振状态。作为例子,我们表明,铷和铯原子耦合到纳米光子波导腔可以作为有前途的候选人,以实现我们的计划。这为在集成光子芯片中使用鲁棒且高效的片上量子存储器提供了可能性。
2022-07-21 quant-ph
Entanglement between a photonic time-bin qubit and a collective atomic spin excitation
光与物质之间的纠缠结合了光子量子比特长距离传输的优势和原子量子比特的存储和处理能力。为了在长距离上有效地分布光子态,已经研究了几种编码量子比特的方案-时间箱编码由于其对光纤中的退相干的鲁棒性而特别有前途。在这里,我们演示了在冷原子系综中光子时间仓量子比特和单个集体原子自旋激发(自旋波)之间纠缠的产生,然后将原子量子比特映射到另一个光子量子比特上。一个磁场,诱导原子激发的周期性的退相和再定相,确保了时间的可重复性的两个时间仓,并在纠缠产生中起着核心作用。为了分析所产生的量子态,我们使用很大程度上不平衡的马赫-曾德尔干涉仪在不同的量子比特基上进行投影测量,并通过违反CHSH贝尔不等式来验证纠缠。
2018-01-17 quant-ph
Photonic Multiqubit States from a Single Atom
我们提出了一个方案,用于创建光子Greenberger-Horne-Zeilinger和线性团簇态发射的单个原子-或离子-耦合到一个光学腔场。该方法基于具有不同偏振的激光脉冲,并利用原子跃迁振幅来选择性地实现所需的跃迁。这项计划是目前技术所能达到的。
2011-03-16 quant-ph
Enhanced resonant force between two entangled identical atoms in a photonic crystal
我们考虑了光子晶体中两个处于激发态和基态的原子之间的共振相互作用能和力。假设具有相同偶极矩取向的原子处于对称态,并与量子电磁场相互作用。我们考虑了光子晶体的两种具体模型:一维模型和各向同性模型。我们表明,在这两种情况下,共振原子间力可以强烈增强的光子晶体的存在下,作为修改后的色散关系和态密度的结果,特别是如果原子的跃迁频率是接近光子带隙的边缘。详细讨论了光子晶体的两种模型之间的差异,以及与量子半导体线中的两个杂质原子的类似系统的比较。在现实情况下的效果的数值估计进行了讨论。
2014-06-29 quant-ph
Atomic Quantum Memory for Photonic Qubits via Scattering in Cavity QED
研究了一种在腔QED中存储光子量子比特的原子量子存储方案。这是基于最近的观察,即在强耦合腔机制中,单光子脉冲与腔中的λ型原子之间的量子态交换在某些特定情况下是通过散射理想地实现的[T. W. Chen C.,马缨丹属K.法律,和PT。Leung,Phys.Rev.A69,063810(2004)]。我们推导出一个简单的公式来计算这种原子-光子交换对量子存储器的保真度。我们进一步提出了一种可行的方法,即使在原子-光子耦合不太强的情况下,也可以有条件地实现保真度几乎为1的量子存储操作。这种方法也可以应用于在空间分离的原子量子存储器中存储光子纠缠。
2005-06-26 quant-ph
Entanglement fidelity limits of photonically-networked atomic qubits from recoil and timing
Duke University(杜克大学)
本文针对光子联网原子量子比特远程纠缠中反冲与计时不平衡引发退相干、限制纠缠保真度的问题,分析相关效应的影响,提出可通过合理实验设计抑制甚至消除该类效应。
2025-11-18 quant-ph
Quantum optics with giant atoms in a structured photonic bath
本文建立任意维度结构化光子浴中巨原子的通用量子光学框架,并首次提出可跨连续谱、结构与维度预测和设计无退相干哈密顿量的判据。
2025-01-17 quant-ph
Memory-built-in quantum teleportation with photonic and atomic qubits
量子隐形传态和光子量子比特的量子存储的结合是未来实现大规模量子通信和基于测量的量子计算的关键。这两个步骤已经在许多原理验证实验中分别实现,但光子量子比特的存储器内置隐形传态的演示仍然是一个实验挑战。在这里,我们展示了光子(飞行)和原子(静止)量子比特之间的隐形传态。在我们的实验中,一个未知的偏振态的单光子被传送到一个远程原子量子比特,也作为一个量子存储器超过7米。传送的状态可以存储并成功读出长达8微秒。除了基本的兴趣之外,光子和原子量子比特之间的隐形传态直接包含可读的量子存储器代表了迈向高效和可扩展的量子网络的一步。
2008-01-21 quant-ph
Scheme for the implementation of optimal cloning of arbitrary single particle atomic state into two photonic states
提出了一种实现任意单粒子原子态到两个光子态的$1 \to 2$最优克隆的可行方案,这对长距离量子通信的应用具有重要意义.我们的方案还实现了一个原子到另一个被困在另一个腔中的远距离原子的遥非门。该方案是基于绝热通道和偏振测量。它对一些实际的噪声,如违反Lamb-Dicke条件,自发发射和检测效率低下是鲁棒的。
2006-12-22 quant-ph
Photonic state engineering via energy-level crossing by giant atoms in topological waveguide QED setup
School of Physics Science and Technology, Shenyang Normal University(沈阳师范大学物理科学与技术学院);School of Physical Science and Technology, Soochow University(苏州大学物理科学与技术学院);Center for Quantum Sciences and School of Physics, Northeast Normal University(东北师范大学量子科学中心与物理学院)
本文提出利用非局部巨原子耦合与拓扑带结构的相互作用,实现对波导量子电动力学中光子束缚态的可控操控,展示了拓扑与非局部光子-物质耦合结合的可行性。
2026-04-16 quant-ph
Tunable photonic band gaps with coherently driven atoms in optical lattices
在电磁感应透明的条件下,加载冷原子的光晶格在弱探测场作用下可以呈现出可调的光子带隙。该系统具有许多有利的特性,包括降低拉曼相干性和相关的探测吸收的弛豫,以及同时增强介质的折射率调制和由此产生的反射率。这种灵活的系统有可能作为一个测试平台的各种设计的线性和非线性光子带隙材料在一个非常低的光水平,并可用于实现弱量子场之间的确定性纠缠。
2007-06-21 quant-ph
Atomic Spectroscopy with Twisted Photons: Separation of M1--E2 Mixed Multipoles
我们分析了扭曲光子或沿其传播方向携带额外轨道角动量的光子对原子光激发到离散态的影响。从角动量和宇称的考虑,我们能够扭转光子的光激发振幅与它们的平面波类似物,独立的原子波函数的细节。我们分析了电离态原子混合多极$E2-M1$跃迁的光吸收截面,发现了光子拓扑结构的根本差异。我们的理论分析表明,它是可能的,以提取不同的多极贡献的相对跃迁率作为原子的位置(或碰撞参量)相对于光学涡旋中心的函数测量的光激发率。所提出的多极子分离技术可以实现,如果目标的原子位置是解决与亚波长精度,例如,与保罗陷阱。数值例子硼类高电荷态离子(HCI)。
2018-01-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Broadband photon-photon interactions mediated by cold atoms in a photonic crystal fiber
我们从理论上证明了光子-光子吸引可以在连续的散射态中被设计成光子对在填充冷原子的空芯光子晶体光纤中传输。原子在光晶格配置中规则地间隔开,并且光子被共振地调谐到内部原子跃迁。我们表明,硬核排斥导致饱和的原子跃迁诱导聚束集体原子光子模式(极化激元)的光子分量。聚束在高达几十GHz的频率范围内获得,并且可以通过原子间的分离来控制。我们提供了一个充分的分析解释这一现象,证明相关性的结果,从一个不匹配的量子化量的原子激发和光子在连续。甚至更强的相关性,可以观察到的间隙双极化激元束缚态。我们的理论结果使用的参数与当前的实验与Rb原子激发的D2线。
2015-12-08 quant-ph
Electrostatic multipole contributions to the binding energy of electrons
电子与局部静电荷分布的相互作用(例如,原子或分子)在大距离处由径向1/r库仑势支配。二阶效应来自非中心电偶极子贡献cos(theta)/r^2。此外,三阶效应是由于电四极电势[3*cos^2(theta)-1]/2*r^3。我们使用的三对角表示的方法给一个合理的准确帐户的所有这些贡献的结合能的电子,但有效的四极相互作用的综合效应。作为应用,我们得到了同时具有电偶极矩和电四极矩的原子中价电子的束缚态。
2022-10-23 quant-ph
Generalized excitation of atomic multipole transitions by twisted light modes
对位于扭曲光模中心的单个原子的激发进行了理论研究。在这里,我们给出了激发率对关键参数的显式依赖关系,例如光的偏振、其轨道角动量投影以及其传播轴相对于原子量子化轴的方向。原子的空间扩散的效果也被详细考虑。所得跃迁率表达式可用于任意电子组态的原子。为明确起见,我们将它们应用于$^{+}$离子$^{171}$的$^{2}S_{1/2} (F=0) \rightarrow\; ^{2}F_{7/2} (F=3, M=0)$电八极(E3)跃迁的具体情况。我们的分析和数值计算结果适用于分析和规划未来的实验的电偶极子禁戒跃迁的光原子钟扭曲模式的激发。
2020-03-06 physics.atom-ph quant-ph
Photonic quantum memory using an intra-atomic frequency comb
光子量子存储器,如原子频率梳(AFC),是必不可少的,使光子量子计算和长距离量子通信的可扩展性和可行性。在标准AFC中,不同原子的频率必须相对稳定,这给实现量子存储带来了困难。在这里,我们提出了一个量子存储器使用原子内的频率梳,不需要频率稳定。我们证明了单原子两个简并能级之间的跃迁可以用来构造频率梳,梳齿间距可以通过外加磁场来控制.由于频率梳是由单个原子构成的,这些原子可以单独使用或集成使用来实现量子存储。此外,具有内AFC的基于系综的量子存储器对多普勒展宽具有鲁棒性,这使得它对于高温量子存储器是有用的。作为一个例子,我们数值计算了铯原子的内AFC,并证明了光子回波是量子存储器所必需的。
2019-05-15 quant-ph
Atom-mediated deterministic generation and stitching of photonic graph states
针对光子图态构建依赖概率源和不可区分光子的瓶颈,提出基于单原子—腔耦合多门节点的确定性生成与跨设备拼接方案,并以⁸⁷Rb数值模拟评估性能。
2024-12-16 quant-ph
Photonic Quantum Logic with Narrowband Light from Single Atoms
增加对单光子的控制使光子量子增强技术的新应用和对基本量子现象的进一步实验探索成为可能。在这里,我们使用窄线宽光子来演示量子逻辑,这些光子是在近乎完美的量子控制下从一个强耦合到高精细度腔的^87 Rb原子中产生的。我们使用集成到光子芯片中的受控非门来纠缠这些光子,并且我们观察到事件之间的非经典相关性,这些事件由超过整个芯片的旅行时间三个数量级的周期分开。这使得量子技术能够利用窄带单光子源和集成量子光子学的特性,例如联网量子计算、窄线宽量子增强传感和原子存储器。
2015-08-13 quant-ph
Fluorescence Spectra of a Two-Level Atom Embedded in a Three-Dimensional Photonic Crystal
首次从理论上计算了三维光子带隙晶体中二能级原子在单色经典电场驱动下的稳态荧光光谱。利用Liouville算符展开法对广义光学Bloch方程进行线性化处理,解决了光子带隙附近光子态密度非均匀分布引起的非马尔可夫噪声问题.荧光光谱,然后直接解决了线性化的布洛赫方程在频域。我们发现,当原子能级远离禁带时,可以观察到具有莫洛三重态的荧光光谱。然而,当原子能级在带隙附近时,发现荧光峰的相对大小和数量根据波长偏移而变化。
2003-08-21 quant-ph
Deterministic generation of arbitrary photonic states assisted by dissipation
提出了一种利用类原子发射器耦合到纳米光子波导的方案,用于产生多体纠缠态,并用于将这些物质态可逆映射到波导中光脉冲的光子态。我们的协议利用消相干自由子空间(DFS)的原子发射器与相干演化内的强耗散耦合到波导。通过从亚辐射态到超辐射态的转换,纠缠原子态被高保真地映射到光子态。讨论了一种利用超冷原子与光子晶体波导耦合的实现方案。
2015-04-28 quant-ph
Distributed multipoles from a robust basis-space implementation of the iterated stockholder atoms procedure
最近开发的迭代股东原子(ISA)方法Lillestolen和惠特利(化学通讯。{ \bf 2008},5909(2008))提供了一种用于定义分子中原子的强有力的方法。然而,已知实空间算法收敛非常慢,如果有的话。在这里,我们提出了一个强大的,ISA方法的基空间算法,并证明其适用于各种系统。我们表明,该算法具有快速收敛(约10- 80迭代)所需的迭代次数是无关的系统大小或使用的基集。此外,我们表明,多极矩计算使用这种基空间ISA方法是一样好,或优于那些从斯通的分布式多极分析(J.化学理论计算。{ \bf 1},1128(2005)),表现出更好的收敛性质并导致表现更好的穿透能量。这可能对分子间相互作用模型的发展产生重要影响。
2014-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Dynamics of Quantum Coherence and Quantum Fisher Information of a V-type Atom in Isotropic Photonic Crystal
本研究探究V型三能级原子在自由空间与光子带隙晶体中的量子Fisher信息、相干性及非马尔可夫性演化,发现结构化环境可显著影响量子特性,通过调控初始相位与上能级位置能实现动力学控制,为量子信息处理提供新方向。
2024-09-18 quant-ph
Optical properties of an atomic ensemble coupled to a band edge of a photonic crystal waveguide
研究了耦合到一维光子晶体波导中的二能级原子系综的光学性质。我们发现,长程相互作用可以显着改变的线性和非线性光学行为相比,一个典型的原子系综。特别是,在线性政权,我们发现,透射谱揭示了多个传输骤降,其属性,我们展示了如何表征。在多光子状态下,系统响应可以是高度非线性的,并且在某些情况下,系综可以表现得像单个两能级系统,其一次只能吸收和发射单个激发。我们的研究结果是直接相关的原子PCW实验,应该很快就可以实现。
2016-04-13 quant-ph
Completely subradiant multi-atom architectures through 2D photonic crystals
受最近在一维波导附近捕获的原子操纵方面的进展以及出于同样目的在压电衬底上使用表面声波的启发,我们展示了二维平台的潜力。我们利用原子在具有正方形对称性的光子晶体平板附近的定向发射来建立两个远距离原子的完美亚辐射态,这在二维中仅对具有反射边界的有限晶格是可能的。我们还展示了如何设计大规模并行一维阵列的原子以上的单晶,有用的多端口输出的非经典光,通过开发相消干涉的引导共振模式,由于有限的尺寸效应。发射的方向性示出是存在的,每当一个线性的等频流形是存在于晶体的色散关系。多原子的辐射特性可以从一个简单的主方程的串扰系数,我们比较精确的原子晶体动力学,显示其预测能力。
2017-11-22 quant-ph
Microwave transmission through an artificial atomic chain coupled to a superconducting photonic crystal
发射极与光子晶体的强耦合为实现新颖的量子光-物质相互作用提供了一个强有力的平台。本文研究了耦合到一维超导微波光子晶体的三能级人工原子链的光学性质。在弱输入光场的透射谱中出现了一个尖锐的最小能量谷,揭示了局域束缚态引起的长程相互作用的丰富行为。我们发现当束缚态的局域化长度足够大时,下降频率与人工原子的数目和长程相互作用的特征强度呈线性关系。基于这一观察结果,我们提出了一个简单的模型来计算系统参数的下降频率,这与精确数值计算的结果吻合得很好。我们观察到输出光场的光子-光子关联函数在聚束和反聚束之间的振荡。此外,我们还发现,即使光子晶体与人工原子之间的耦合强度不完全相等,以及人工原子所受的外驱动场的相位不同,该模型仍然有效。因此,我们可以从透射谱中的凹陷位置推断出有价值的系统参数,这为超导微波光子晶体系统的实验研究提供了重要的测量工具。随着微波光子晶体与人造原子耦合的研究取得显著进展,我们的方案有可能在现有的超导电路中实现。
2019-04-15 quant-ph
Quantum interference in spontaneous emission from a V-type three-level atom in photonic crystals
利用分数阶微积分方法研究了嵌入光子晶体中的V型三能级原子的自发发射,发现各向异性光子晶体中原子的激发态可以解析地表示为四个缀饰态的叠加.通过使两个允许原子跃迁能量相对于光子带边失谐,这两个跃迁之间的耦合导致了三种动力学机制,即非马尔可夫衰减、阻尼量子干涉和量子干涉,并根据贡献的有界修饰态的数目进行了分类。从两个原子跃迁的量子干涉程度来看,当激发态简并时,原子与光子晶体库之间的能量交换最小,而当原子处于其中一个激发态时,量子干涉最大。结果还表明,除了近简并态外,在所有失谐量下,激发态都倾向于保持异相。因此,我们不仅可以通过失谐量的大小来控制自发发射率,还可以通过初始态的相对相位来控制。
2011-01-25 quant-ph
Photon transport mediated by an atomic chain trapped along a photonic crystal waveguide
从理论上研究了弱相干输入光场被耦合到一维光子晶体波导中的$Λ$型原子系综散射的输运性质。在我们的模型中,原子随机地位于晶格中沿晶轴。我们分析了由可调谐长程原子相互作用介导的透射光谱,并观察到最高能量下降。结果表明,最高能量凹陷位置与原子数有关,这为发射极-波导系统提供了一种精确的测量工具。我们还量化了高斯非均匀加宽和失相对透射光谱的影响,得出结论,最高能量的倾角是免疫的非均匀加宽和失相。此外,我们还研究了反射光场的光子-光子关联,并观察到了量子拍频。随着原子与光子晶体波导耦合的研究取得巨大进展,我们的研究结果有望在不久的将来在实验上实现。
2018-07-17 quant-ph
Dynamics of spontaneous emission in a single-end photonic waveguide
我们研究了一个二能级系统的自发发射,例如一个原子或类原子物体,耦合到一个单端,半无限的一维光子波导,使得一端表现为完美的反射镜,而光可以穿过相对端而没有背反射。通过量子微观模型,我们表明,这种几何形状可以导致非指数和长寿命的原子衰变。在适当的条件下,在原子-镜间隙中出现一个束缚原子-光子定态,从而捕获了大量的初始原子激发。然而,这可以通过施加原子频移来释放,引起光子发射的恢复。这种影响的弹性典型的有害因素进行了分析。
2013-01-22 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
Heralded Mapping of Photonic Entanglement into Single Atoms in Free Space: Proposal for a Loophole-Free Bell Test
使两个位于远处的原子纠缠的一个明显的方法是在两个原子之间产生一对纠缠光子,将一个光子发送到每个位置,然后将光子纠缠映射到原子中。然而,由于总的传输损耗,该过程的效率从根本上受到限制。我们提出了一种方法来预示自由空间中映射操作的成功,而不会破坏或揭示所存储的量子态。有趣的是,对于贝尔测试,如果测量选择仅在获得预告信号后执行,则预告信号不会打开检测漏洞。我们通过一个详细的可行性研究表明,这种方法可以提供一个有吸引力的替代贝尔测试中的原子-原子纠缠创建从原子-光子纠缠使用纠缠交换操作。
2013-09-17 quant-ph
Photon molecules in atomic gases trapped near photonic crystal waveguides
实现支持单个光子之间的鲁棒、可控相互作用的系统是非线性光学的一个令人兴奋的前沿。为此,最近出现的一种方法是利用原子相互作用在光子之间产生强烈的空间非局域相互作用。特别是,有效的相互作用已经成功地通过激发到里德堡能级的原子之间的相互作用。在这里,我们研究了另一种方法,其中原子相互作用通过它们与光子晶体波导的共同耦合而产生。这种技术利用了通过结构本身的色散工程分别定制相互作用的强度和范围的能力,这可以导致定性的新类型的现象。作为一个例子,我们讨论了相关透明窗口的形成,其中一定数量和形状的光子态选择性地通过系统传播。通过这种技术,我们特别表明,人们可以创建类似分子的潜力,导致光子对的分子束缚态。
2015-11-03 quant-ph
Waveguide-array-based multiplexed photonic interface for atom array
Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka(大阪大学工学研究科);Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka(大阪大学量子信息与量子生物学中心);Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology (NICT)(信息通信研究机构高级ICT研究所);Hamamatsu Photonics K.K.(滨松光子技术株式会社)
本文提出了一种基于波导阵列的多路复用光子接口,用于实现大规模量子处理单元的网络化,通过Rydberg门实现原子与光子的高效纠缠生成。
2025-12-25 quant-ph
High-Multipole Excitations of Hydrogen-Like Atoms by Twisted Photons near Phase Singularity
本文计算了类氢原子受扭曲光子态和角动量在传播方向上投影超过$\hbar$的光子态激发的跃迁振幅和跃迁截面。如果目标原子位于涡旋中心的相位奇点附近的原子尺寸量级的距离处,则到具有轨道角动量$l_f>1$的状态的跃迁速率变得与电偶极跃迁的速率相当。结果表明,当跃迁率归一化为局域光子通量时,所得到的$l_f>1$散射截面在光涡旋中心附近是奇异的。讨论了与Berry和Dennis提出的“量子核”概念的关系。
2016-04-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Two-Dimensional Photonic Crystals for Engineering Atom-Light Interactions
提出了一种与冷铯原子相互作用的二维光子晶体系统。二维光子晶体的能带结构将产生非常规的原子-光相互作用行为,包括各向异性发射、自发衰减抑制和受原子阵列相对于光子晶体的位置控制的光子介导的原子-原子相互作用。提出了一种光传送器技术,用于连续地将原子装载到所需的捕获位置,并与光子晶体进行最佳耦合。该设备配置还使得能够应用光学镊子来控制原子的放置。器件可以使用基于光刻的工艺从200 nm氮化硅器件层可靠地制造,在透射和反射测量中产生预测的光学特性。这些二维光子晶体器件可以很容易地部署到中性原子的多体物理实验和奇异量子物质的工程。
2018-12-21 physics.atom-ph quant-ph
Subwavelength vacuum lattices and atom-atom interactions in photonic crystals
我们提出了利用光子晶体结构设计亚波长光晶格在两个维度的超冷原子通过使用两个导模和Casimir-Polder力。我们进一步展示了如何使用导模的光子诱导的大型和强烈的长程相互作用被困原子之间。最后,我们分析了该方案在实现自旋模型的量子模拟中的应用前景
2014-07-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optical dipole micro-trap for atoms based on crossed planar photonic waveguides
该研究建模了由交叉悬浮光子脊形波导中双色倏逝波相长叠加形成的原子光学偶极微阱,估算铷原子阱参数并探讨其量子信息应用。
2023-11-02 physics.atom-ph quant-ph
Quantum many-body models with cold atoms coupled to photonic crystals
利用冷原子来模拟强相互作用的量子系统代表了物理学的一个令人兴奋的前沿。然而,由于原子名义上是中性点粒子,这限制了可以产生的相互作用的类型。我们建议使用被困在纳米光子系统附近的冷原子的强大新平台来扩展这些限制,从而实现一种新型量子材料,其中原子自旋自由度,运动和光子在长距离上强烈耦合。在这个系统中,一个原子被困在光子晶体附近,在原子位置周围产生一个局域的、可调谐的腔模。我们发现,这种有效的腔有利于与腔长度内的其他原子的相互作用,在某种程度上,可以对现实的缺陷鲁棒。最后,我们表明,这种现象应该是可以使用一维光子晶体波导中的原子耦合已经被实验证明。
2015-11-03 cond-mat.quant-gas quant-ph
Toroidal optical transitions in hydrogen-like atoms
人们普遍认为,原子和分子的电磁谱可以用电多极子和磁多极子的相互作用来描述。然而,最近已经清楚的是,光和物质之间的相互作用也涉及环形多极-在电磁超材料中观察到环形吸收线。在这里,我们表明,一种新的类型的光谱的迄今在很大程度上被忽视的环形偶极相互作用成为可行的,如果除了经典的r{\times }r{ \times }p环形偶极密度项负责超材料中的环形跃迁,自旋相关的r{ \times }σ项(只发生在相对论量子力学)被考虑。我们表明,环形过渡是奇数奇偶性和时间反演对称性下,因此,它们可以观察到,并区分从电多极和磁偶极过渡。
2022-05-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
An Atom Interferometer inside a Hollow-core Photonic Crystal Fiber
电磁波和物质波之间的相干相互作用是量子科学和技术的核心。然而,光的衍射性质限制了许多基于原子光的量子系统的可扩展性。利用空芯光子晶体光纤中的光场对自由下落的~(85)Rb原子相干叠加态进行空间分裂、反射和重组,实现了一种惯性灵敏的原子干涉仪。干涉仪在无衍射距离上工作,不同距离处的对比度和相移在一个标准误差内一致。相位相干光子系统与量子系统的集成,在提高原子干涉仪在精密测量和量子传感领域的能力方面具有巨大的前景,其器件设计小型化,激光功率消耗效率高。
2018-01-20 physics.atom-ph quant-ph
Sagnac Tractor Atom Interferometer on Photonic Integrated Circuit
University of Michigan(密歇根大学)
本文提出并理论研究了基于光子集成电路的萨格纳克牵引原子干涉仪,通过圆形波导倏逝场形成反向旋转光学晶格囚禁原子,并建立高效量子模型评估其非绝热性、保真度与灵敏度。
2025-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Single atom trapping and control inside a nanosize photonic crystal cavity
我们分析了在光子晶体中形成的纳米尺寸的腔中捕获、控制和加载单个原子的可能性。我们考虑一个一维纳米梁晶体,它具有两个接近简并的局域模,模极大值位于中心气隙处,形成一个模体积<λ^{3}的腔。对于这个系统,我们发现原子可以被一个与原子跃迁失谐的模捕获,并由第二共振模控制。我们表明,原子运动可以使用腔增强射频西西弗斯冷却冷却。我们还讨论了如何利用短波长光镊将原子加载到纳米晶体的气隙中。
2013-01-22 physics.atom-ph quant-ph
Multipole expansion for dispersion forces -- watch this trace
本文从宏观量子电动力学角度重新审视介电表面附近原子的色散力,指出多极展开中无迹假设在四极矩以上并不普遍成立,并证明八极矩的迹对静电区域之外的Casimir-Polder相互作用有贡献。
2025-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Interaction of atomic systems with quantum vacuum beyond electric dipole approximation
光子环境可以显著影响原子系统的发射特性和相互作用。在这种情况下,通常假设电偶极子近似是合理的,只要原子系统的空间范围与场的空间变化相比可以忽略不计。虽然这适用于许多典型的系统,但它不再适用于更现代的纳米光子结构。为了超越电偶极近似,我们提出并发展了一个分析框架来描述光子环境对电偶极近似之外的原子系统的发射和相互作用性质的影响。特别是,我们保留明确的磁偶极和电四极贡献的光物质相互作用。我们利用场量子化方案的基础上,电磁格林张量,适用于色散材料。我们得到了自发发射率、兰姆位移、多极-多极位移和超辐射率的表达式,并对色散环境进行了修正。所考虑的影响可能是实质性的适当定制的纳米结构的光子环境,示范证明。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Photonic simulation of giant atom decay
激发原子在电磁模式的无特征连续体中的自发发射是量子电动力学中的基本过程,其与量子发射体到其基态的指数衰减相关,并伴随着光子的不可逆发射。然而,当考虑到$^{\prime}$巨$^{\prime}$原子,即尺寸大于发射光子波长的原子时,这种简单的情况被深刻地修改。在这样一个非常规的制度,非马尔可夫效应和强烈的偏离指数衰减观察到由于非本地光原子耦合所产生的干扰效应。在这里,我们提出了一个光子模拟的非马尔可夫巨原子衰变,光逃逸动力学的基础上,在光波导非本地耦合到波导晶格。该系统可以模拟非指数衰减、衰减的增强或减慢以及原子场暗态的形成等主要效应
2020-08-14 physics.optics quant-ph
Efficient Guiding of Cold Atoms though a Photonic Band Gap Fiber
我们展示了第一次引导冷原子通过一个88毫米长的光子带隙光纤。导势是由在12 μ m空芯光纤内传播的远场共振偶极阱产生的。我们从暗斑85-Rb磁光阱加载光纤,并在1.5 m/s的速度下观察到超过10^5原子/s的峰值通量。与一个额外的水库光学偶极陷阱,一个恒定的原子通量为1.5 - 10^4原子/秒持续超过150\,ms。这些结果开辟了有趣的可能性,研究非线性光-物质相互作用在一个近一维的几何形状,并铺平了道路,引导物质波干涉。
2010-10-01 physics.atom-ph quant-ph
Atom-Light Interactions in Photonic Crystals
纳米光子学和原子物理学的结合是一个长期追求的目标,它将为光学物理学开辟新的前沿。在这里,我们报告的第一个集成光学电路的发展与光子晶体能够本地化和界面原子与设备中的引导光子。通过将光子晶体波导(PCW)的光学带与选定的原子跃迁对准,我们的平台通过光子介导的沿PCW的原子相互作用为新颖的量子输运和多体现象提供了新的机会。从平均原子数N = 1.1 $\pm$ 0.4的反射光谱中,我们推断,原子是本地化的PCW内的Casimir Polder和光学偶极力。单原子辐射衰变到PCW中的分数为$Γ_{\rm 1D}/Γ'$ = 0.32 $\pm$ 0.08,其中$Γ_{1D}$是发射到导模中的速率,$Γ'$是衰变到所有其他通道中的速率。$Γ_{\rm 1D}/Γ'$引用没有增强由于外部腔,是前所未有的,在所有目前的原子-光子接口。
2013-12-12 physics.optics quant-ph
Integrating two-photon nonlinear spectroscopy of rubidium atoms with silicon photonics
我们研究了一个由多个亚波长脊形波导组成的集成硅光子芯片,并将其浸没在一个带有铷蒸气的微池中。采用双光子激发,包括电信波长,我们观察到波导传输谱得到修改时,光子模式耦合到铷原子通过其倏逝尾。由于波导包层中的增强电场,原子跃迁可以在比自由传播光束情况小80倍的光子数$\approx$处饱和。原子包层Si波导的非线性比掺杂Si光子学中的最大可实现值大约4个数量级。所测得的光谱证实以及与广义的有效磁化率模型,其中包括Casimir-Polder电位,由于电介质表面,和飞行原子和倏逝波导模式之间的瞬态相互作用。这项工作铺平了道路走向小型化,低功耗,集成的混合原子光子系统与CMOS技术兼容。
2020-03-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Hybrid quantum photonics based on artificial atoms placed inside one hole of a photonic crystal cavity
基于自旋的量子光子学有望实现分布式量子计算和量子网络。其性能取决于有效的纠缠分配,而效率可以通过腔量子电动力学来提高。核心挑战是开发具有大自旋光子耦合率和高工作带宽的紧凑型器件。光子晶体腔包括强场限制,但是对原子系统在模场最大值中的精确定位提出了高要求。金刚石色心,特别是带负电荷的硅空位色心,是一种很有前途的类原子体系。大的光谱稳定性和对长寿命核自旋存储器的访问使量子网络节点的基本演示成为可能,包括存储增强的量子通信。在混合方法中,我们确定性地将含SiV $^-$的纳米金刚石放置在一维、独立的、基于$_3$ N $_4$的光子晶体腔的一个孔内,并将各个光学跃迁相干地耦合到腔模式。我们利用双模复合、波导、Purcell增强和腔共振调谐来优化光-物质耦合。与自由空间相比,所得到的光子通量增加了14倍以上。相应的寿命缩短到460 ps以下,使潜在的工作带宽超过GHz速率。我们的研究结果标志着在纳米金刚石中实现基于SiV $^-$中心的混合量子光子学的量子网络节点迈出了重要的一步。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanowire photonic crystal waveguides for single-atom trapping and strong light-matter interactions
我们提出了一个全面的研究色散工程纳米线光子晶体波导适用于量子光学和原子物理学与光学囚禁原子的实验。提供了详细的设计方法和规格,是用于创建在近红外低光损耗的氮化硅波导的加工步骤。波导的光学特性和功率处理能力的测量也提出。
2014-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Entanglement dynamics of Multi-Level Atoms embedded in Photonic Crystals: Leveraging Resonant Dipole-Dipole Interactions and Quantum Interference
本文研究光子晶体中多能级V型原子系统的纠缠动力学,发现共振偶极-偶极相互作用和量子干涉可调控纠缠保持与振荡,为量子相干控制提供新途径。
2025-10-07 physics.optics quant-ph
Characterization of Suspended Membrane Waveguides towards a Photonic Atom Trap Integrated Platform
我们展示了一个光波导器件,能够支持高,在真空中,捕获一个原子或冷原子系综与倏逝场所需的光功率。我们的光子集成平台采用悬浮膜波导,在无约束波导跨度上成功管理6 mW(500 um跨度)至近30 mW(125 um跨度)的光功率。该平台与悬浮波导附近的激光冷却和磁光阱(MOT)兼容,称为膜MOT和针MOT,这是有效阱加载的关键成分。我们评估了两种新的设计,探索关键的热管理功能,使这种大功率处理。这项工作代表了一个重要的一步,集成平台耦合中性原子量子系统的光子和硅上的电子集成电路。
2021-03-18 physics.atom-ph quant-ph
Susceptibility of a two-level atom near an isotropic photonic band edge: transparency and band edge profile reconstruction
讨论了在各向同性带边存在的情况下,二能级系统对探测激光场透明的必要条件。二能级原子是透明的,每当它耦合到一个由两部分组成的水库-一个平面和非平面密度的模式代表的光子带隙结构。还提出了一个建议,从实验测量的磁化率的带边轮廓的重建。
2015-03-14 physics.optics quant-ph