双光子共振下探测光在λ原子包壳中的群速度

基于原子系综的电磁诱导透明纠缠

Entangler via Electromagnetically Induced Transparency with Atomic Ensembles

提出了一种利用原子系综中的电磁诱导透明效应实现多光场纠缠的方法。在原子系综中，通过电磁感应透明产生的原子自旋波可以用玻色算符来描述，并充当纠缠子。通过使用纠缠器，任何所需数量的非简并窄带连续变量纠缠场，在原则上，可以通过受激拉曼散射过程中产生，这在可扩展的量子通信和量子网络的应用中具有很大的希望。

三能级λ系统与两玻色模相互作用模型中的超辐射相变

Superradiant phase transition in a model of three-level-lambda systems interacting with two bosonic modes

本文研究了三能级粒子与两个玻色子模的相互作用系统。哈密顿量具有广义迪克模型的形式。我们表明，在热力学极限下，该模型支持超辐射量子相变。值得注意的是，这可以是一阶和二阶相变。还给出了相图与哈密顿量的对称性之间的关系。此外，我们表明，该模型可以描述原子与电磁场相互作用的微观哈密顿量包括抗磁贡献。即使原子系统的参数遵守Thomas-Reiche-Kuhn求和规则，系统仍然显示出超辐射相变。

双拉姆达系统中原子自旋压缩

Atom spin squeezing in a double lambda system

研究了光腔中经典和量子化电磁场与原子系综的相互作用。四个场驱动原子中的双λ能级方案，由一对共享同一组较低能级的λ系统组成。其中两个场在基态子能级1和2之间产生最大相干性，ρ 1/2 = -1/2。这种泵浦方案涉及与λ系统的单光子和双光子跃迁共振的等强度场。这些场没有稳态吸收，这意味着这些场在介质中感应出一种电磁感应透明（EIT）。与第二个λ系统相互作用的一对额外的场，结合EIT场，导致与基态子能级相关的原子自旋压缩。我们的方法涉及一种新的机制，用于创建稳态自旋压缩使用光学腔。随着协同参数C的增大，最佳压缩随C^{-1/3}而变化。对于实验上可获得的C值，可以实现高达90%的挤压。

双λ原子束的量子态转移技术

Technique of quantum state transfer for a double Lambda atomic beam

本文将双$Λ$型系统中从光到原子集体激发的量子态转移技术推广到物质波，作为一种实现连续原子激光的新方案。发现输出物质波的强度由两个独立相干探测光的初始相对相位决定，这可能为测量两个独立光源的初始相对相位提供了一种有趣的方法。

基于原子系综的大容量空间多模量子存储器

High capacity spatial multimode quantum memories based on atomic ensembles

我们研究了基于光存储的空间多模量子存储器。我们表明，这样的量子光物质界面允许许多空间模式的高效存储。特别是，前向操作存储器具有良好的缩放与重要的物理参数：二次缩放与菲涅耳数，甚至立方与原子系综的光学深度。因此，同时使用所存储的自旋波模式的纵向和横向形状构成了多模量子存储器的有价值且迄今被忽视的资源。

用静态磁场调谐双λ系统的相位灵敏度

Tuning the phase sensitivity of a double-lambda system with a static magnetic field

本文研究了直流磁场对由两个激光场、一个探测器和一个泵浦源耦合的双λ系统相位灵敏度的影响。结果表明，探针的增益和折射率既可以由磁场控制，也可以由两个激光场之间的相对相位控制。更有趣的是，当系统简化为单λ系统时，打开磁场将系统从相位不敏感过程转变为相位敏感过程。在脉冲探测机制中，我们观察到当调节磁场或相对相位时，慢光和快光之间的切换。使用涂层87Rb蒸汽电池的实验产生的结果与我们的数值模拟吻合良好。这一工作提供了一种新的、简单的方法来操纵相敏电磁感应透明或四波混频，并可能在基于此类系统的量子光学、非线性光学和磁强计等领域有重要的应用。

$Λ$型原子与光子二极管系综中的不可逆光子转移

Irreversible photon transfer in an ensemble of $Λ$-type atoms and photon diode

我们发现，一对量子化腔模与光谱展宽的兰姆达型原子系综相互作用类似于耦合到玻色子库的两能级系统系综。这为光子模式之间的不可逆光子转移提供了可能性。可以设计储存器的态密度以及量子态，从而允许观察诸如量子芝诺效应和反芝诺效应、衰变通道的相消干涉以及压缩真空中的衰变等效应。作为一个特定的应用，我们讨论了光子二极管，即一个设备，该设备将单个光子从两个输入端口中的任何一个端口引导到一个公共的输出端口。

Tm3 +：YAG中三能级λ系统的实验剪裁

Experimental Tailoring of a Three-Level Lambda System in Tm3+:YAG

光与原子系综之间的量子信息传递具有重要的基础和实际意义。在相关的主题中，让我们提到宏观系统的纠缠和退相干，以及长距离量子密码在量子存储器中的应用。虽然第一个实验演示已经在原子蒸气和云中进行，但稀土离子掺杂晶体也是这种过程的有趣介质。在本文中，我们讨论了Tm 3+离子表现为三能级拉姆达系统的能力，这是将光激发转换为无自发发射自旋波的关键成分。实际上，Tm 3+落在可以容易地稳定到所需程度的光源的范围内。在零场超精细结构不存在的情况下，我们在Tm ~（3+）：YAG中施加一个外磁场来提升核自旋简并度。我们实验确定的旋磁张量分量的光谱烧孔技术的帮助下。然后，适当的方向的应用领域，使我们能够优化沿两个腿的lambda的跃迁概率比。由此产生的三能级λ系统应该适合量子信息处理要求。

光在“3+1”能级原子包围圈中的传输

Propagation of Light in an Ensemble of "3+1"-Level Atoms

研究了量子探测光在“3+1”能级原子系综中的传播，当原子与另外两个经典控制场耦合时，系统的量子探测光在其中的传播特性。首先，我们通过原子集体激发的动力学代数方法计算了三光子共振情况下探测光在这种原子介质中的色散特性，如极化率和群速度。然后计算了两个经典控制光场对原子跃迁失谐量相同和失谐量不同情况下探测光的色散。我们的结果表明，在这两种情况下，电磁感应透明的现象可以发生。特别是在第二种情况下，我们可以找到两个透明窗口的探测光。

冷自旋包壳中的连续弱测量和非线性动力学

Continuous Weak Measurement and Nonlinear Dynamics in a Cold Spin Ensemble

原子自旋系综的弱连续量子测量可以通过非共振探测光束的法拉第旋转来实现，并且可以用于创建和探测非经典自旋状态和动力学。我们发现，探测光的位移导致自旋动力学的非线性，并限制了有用的法拉第测量窗口。去除非线性允许在由退相干设置的更长时间尺度上进行非扰动测量。非线性自旋哈密顿量在量子混沌研究和实时量子态估计中具有重要意义。

固态原子系综中光子量子比特的腔增强无损探测理论

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。

Clifford群上的混沌探针及其趋近Haar值的行为

Probes of chaos over the Clifford group and approach to Haar values

通过等谱扭曲技术分析哈密顿量本征态随机化对混沌探针的影响，研究T掺杂随机量子电路从稳定子基到Haar随机基的转变，并计算不同随机矩阵系综下探针的平均值。

双λ方案中诱导透明的新结果：四波混频中的相消干涉

New Consequences of Induced Transparency in a Double-Lambda scheme: Destructive Interference In Four-wave Mixing

在弱探测光近似下，研究了四态系统与长、短激光脉冲的相互作用。我们表明，当所有的激光器被调谐到确切的无扰共振，四波混频（FWM）场的一部分被强烈吸收。未被吸收的部分具有破坏性地干扰参与产生FWM状态的激发路径所需的确切强度。我们表明，这种三光子相消干涉，转换效率仍然可以高达25%。与通常的看法相反，我们的计算表明，这个过程中，一个理想的单光子电磁诱导透明的建立，是不是最适合于高效率的转换。在适当的相位匹配和传输距离下，当不发生三光子相消干涉时，光子通量转换效率与探测光强无关，可以接近100%。此外，我们清楚地表明，转换效率不是决定于两个较低的激发态之间的最大原子相干，因为通常认为。相位匹配和相长干涉的组合涉及产生混合波时产生的两项，这是优化四波混频产生的关键因素。实际上，在这个方案中没有产生明显的激发态，因此态间的原子相干性|0>和|2、总是很小。

通过腔增强光子Lambda方案产生相干声子

Generation of Coherent Phonons via a Cavity Enhanced Photonic Lambda Scheme

本研究利用石英光弹性特性，通过嵌入微波重入腔的BAW谐振器结合光子Lambda增强方案，实现无阈值电致伸缩相干声子产生，其过程类似CPT脉泽方案。

通过自旋-力学混合界面实现自旋系综的远程冷却

Remote Cooling of Spin-ensembles through a Spin-mechanical Hybrid Interface

本文提出利用单个探针自旋的频繁测量反馈，通过宏观振子介导，在弱色散耦合条件下实现远程自旋系综和振子的基态冷却，为大型自旋系综极化及混合量子系统调控提供了新途径。

简并二能级原子系综中的量子相干性：对于跃迁$F_e=0\leftrightarrow F_g=1$

Quantum coherence in a degenerate two-level atomic ensemble: for a transition $F_e=0\leftrightarrow F_g=1$

研究了线偏振光驱动的$F_e=0\leftrightarrow F_g=1$跃迁和圆偏振光探测的量子相干性效应。由于驱动Rabi频率和塞曼分裂之间的相干性，获得了电磁诱导透明，电磁诱导吸收，以及从正到负色散的转变，以及在宽光谱范围内相干振荡的布居数。在泵浦-探测失谐量为零的情况下，预言了光的亚光速和超光速传播。最后，相干布居俘获态对这种系综中的折射和吸收不太敏感。

高效的空间分辨多模量子存储器

Efficient spatially-resolved multimode quantum memory

我们提出了一种方法，使有效的存储和检索的光子激发存储在系综量子存储器组成的非零斯托克斯位移的λ型吸收。我们表明，这可以用来实现多模量子存储器存储多个频率编码的量子比特在一个单一的合奏，并允许他们的选择性检索。读出方案适用于基于电磁感应透明性和受激拉曼散射的存储器设置，并且在空间上将输出信号场与控制场分离。

原子与铷系综光相互作用中的哈密顿量设计：一种量子信息模型

Hamiltonian Design in Atom-Light Interactions with Rubidium Ensembles: A Quantum Information Toolbox

本文研究了冷~（87）Rb系综中原子自旋集体变量与偏振光的耦合。多个超精细能级的效应表现为秩2张量极化率，其不可约分量可以通过探测失谐量来选择。的D1和D2线的Rb进行了探讨，我们确定不同的失谐，导致不同的对称性旋转的哈密顿。作为这些哈密顿量的可能应用，我们描述了自旋压缩，量子克隆，量子存储和测量原子数的计划。

四能级原子包绕的量子存储过程

Quantum Memory Process with a Four-Level Atomic Ensemble

本文详细研究了双$Λ$原子系综中光子的量子存储技术。提出了利用该技术产生两个不同的量子探测场及其纠缠态的新方法。研究了除暗态子空间外的更大的零简并类，证实了该模型的绝热条件。我们将单模量子存储技术推广到多模探测场的情况，揭示了在本系统中两个量子化脉冲之间的精确脉冲匹配现象。

Correlated steady states and Raman lasing in continuously pumped and probed atomic ensembles

Spin-polarised atomic ensembles probed by light based on the Faraday interaction are a versatile platform for numerous applications in quantum metrology and quantum information processing. Here we consider an ensemble of Alkali atoms that are continuously optically pumped and probed. Due to the collective scattering of photons at large optical depth, the steady state of atoms does not correspond to an uncorrelated tensor-product state, as is usually assumed. We introduce a self-consistent method to approximate the steady state including the pair correlations, taking into account the multilevel…

基于$Λ$的量子存储-双光子共振EIT包裹原子

Quantum Memory Based on $Λ$-Atoms Ensemble with Two-Photon Resonance EIT

研究了基于$Λ$ -原子系综的量子存储器，用于存储探测光场携带的量子信息。系综中的两个原子拉比跃迁分别与量子探测场和经典控制场以相同的失谐量耦合。利用最近针对共振EIT情况开发的隐藏对称性分析（Sun，Li和Liu，Phys. Rev. Lett. 91，147903（2003）），我们证明了暗态和暗态极化激元仍然可以存在的情况下，双光子共振EIT。从这些暗态出发，我们构造了整个系统的一个完整的本征态类。为了实现量子信息的存储和提取，给出了绝热条件的显式形式。

飞秒高斯脉冲作用下双λ量子系统中的原子-光子纠缠

Atom- Photon Entanglement in Double- Lambda Quantum System by using femtosecond Gaussian pulses

利用飞秒高斯脉冲研究了双λ量子系统中原子系综与自发发射之间纠缠的动力学行为。实际上，通过求解这种系统的密度矩阵运动方程，并利用冯诺伊曼熵，可以在半经典状态和多光子共振条件下测量纠缠度（DEM）。研究了DEM的最大值，并通过相对相位控制DEM。首先我们考虑三个激光场为连续光场和一个飞秒高斯光场。在这种情况下，DEM有有趣的行为。当系统被其他激光场施加并且高斯脉冲仍然存在时，DEM可以通过相位来控制，但是在飞秒高斯脉冲的持续时间结束之后，DEM将与相位无关。然后我们将所有的激光场都看作是飞秒高斯脉冲与原子系统的相互作用，得到了利用这种超短激光脉冲可以产生稳态纠缠，此时的离散元是相位无关的。在特定的拉比频率参数下，系统将被解纠缠，在缀饰态图像中，所有原子都相干布居在暗态中。此外，当系统处于纠缠态时，存在着原子在缀饰态中的布居分布。

原子包绕对相干布居振荡的增强偏转效应

Enhanced Deflection of Light Ray by Atomic Ensemble on Coherent Population Oscillation

在最近的实验中[例如，Nature Physics 2，332（2006）]，通过基于电磁诱导透明（EIT）的机制证明了由于不均匀场而导致的原子系综中的增强的光偏转。在本文中，我们探讨了一个不同的机制，类似的现象增强光偏转。该机制基于相干布居振荡，导致吸收光谱中的烧孔。引起探测光偏转的介质是在双光子共振态下受强受控场操纵的二能级原子系综。在大失谐条件下，利用稳态近似得到了介质对泵浦场和信号场的响应。研究发现，当探测光穿过介质后，由于控制光的空间依赖性，信号光发生弯曲。

利用腔辅助零差测量制备原子系综的量子态

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。

频率未知量子比特系综能量的投影测量

Projective measurement of energy on an ensemble of qubits with unknown frequencies

在能量的投影测量中，目标系统被投影到系统哈密顿量的本征态，测量结果提供相应的本征能量信息。最近，已经表明，这样的测量可以在原则上实现没有详细的知识的哈密顿量通过使用探测量子比特。然而，在之前的能量测量方法中，随着目标系统的尺寸增加，探针的尺寸的必要大小也会增加，并且还需要每个量子位的个体可寻址性，这对于许多大型系统的实验设置来说可能是不可能的。在这里，我们表明，一个单一的探针量子比特是足够的，以执行这样的投影测量的能量，如果目标系统是由非相互作用的量子比特的共振频率是未知的。此外，我们的方案只需要全局操作，其中每个量子位都受到相同的控制字段。这些结果表明我们的能量投射协议的可行性。

原子系综中的光频转换效率

Efficiency of light-frequency conversion in an atomic ensemble

从理论上分析了金刚石能级原子系综中光的上、下频率转换效率。确定了使转换最大化所需的泵浦场强度和失谐量作为系综光学厚度的函数的条件。通过数值求解Maxwell-Bloch方程，研究了探测脉冲宽度对转换效率的影响。

Bell对角态的无损识别

Nondestructive identification of the Bell diagonal state

我们提出了一个识别未知Bell对角态的方案。在我们的方案中，测量是在探测量子比特而不是贝尔对角态上进行的。该方法的显著优点是，在对探测态进行测量后，演化的Bell对角态系综加探测态的量子态仍会坍缩在原Bell对角态系综上，即我们的识别是量子态无损的.最后还展示了如何在腔电动力学的框架下实现我们的方案。

关联的里德堡电磁诱导透明

Correlated Rydberg Electromagnetically Induced Transparencys

本文研究了一维冷里德堡系综中一对探测场透射谱的关联行为，发现范德华相互作用导致局域与非局域光学非线性，实现关联里德堡EIT，为量子控制、网络和游走等应用提供潜力。

光的力学效应中的电磁感应透明

The Electromagnetically Induced Transparency in Mechanical Effects of Light

研究了高质量腔中纳米机械镜在耦合激光和探测激光作用下的动力学行为。我们证明了在探测频率的输出场的电磁感应透明（EIT）的模拟的存在。我们的计算显示明确的起源EIT样的倾角，以及在EIT倾角发生的范围内，从异常到正常的色散的特征变化。值得注意的是，光机械系统的泵浦探测响应与Harris及其合作者发现的Lambda系统的所有特征相同。

碱原子自旋系综中的内自旋控制、压缩和退相干

Internal Spin Control, Squeezing and Decoherence in Ensembles of Alkali Atomic Spins

本文研究了大系综中具有超精细自旋f的碱金属冷原子与光场相互作用系统的自旋压缩、纠缠和退相干。将每个原子的状态限制为嵌入2f+1维超精细自旋的qutrit，使我们能够有效地模拟系综的相干和耗散动力学。这种形式主义也使我们能够探索局部控制对原子内部超精细自旋的影响。使用这种控制的状态准备增加了f>1/2的原子-光界面的纠缠功率。随后对内部自旋的控制将纠缠转换为度量相关的自旋压缩。在量子非破坏测量压缩的情况下，我们采用数值搜索，找到在退相干存在下最大化自旋压缩的状态准备。我们的系统的耗散动力学包括由于自发发射的光泵浦。虽然大多数作品忽略光泵浦或对待它唯象，我们采用了一个主方程来自第一原理。本文的工作被推广到原子系综与非均匀傍轴探针相互作用的情形。对系综和探针的几何结构进行了优化，以最大限度地提高空间模式匹配和自旋压缩。

满足超长光子存储和近乎完美检索效率的波长可转换量子存储器

Wavelength convertible quantum memory satisfying ultralong photon storage and near perfect retrieval efficiency

研究了自旋态非均匀展宽的双λ型固体系综中波长可转换量子存储器的量子相干性控制。与自旋衰减均匀的典型原子介质不同，自旋非均匀加宽的固体系综需要在量子相干性控制中进行反直觉的访问，以避免自发发射引起的量子噪声。固体系综中的这种量子相干性控制导致接近完美的恢复效率，并且适用于高达自旋相位弛豫时间的超长光子存储。在这里，反直观的量子相干性控制的基本物理不仅为双光子（拉曼）相干瞬态，但也为一个详细的相干转移机制，导致频率上/下转换。这项工作揭示了量子光学存储器的潜在应用，满足无噪声，近乎完美，超长和多模光子存储，其中量子中继器，可扩展纠缠量子比特和磁力测量将是即将到来的受益者。

电磁感应纠缠

Electromagnetically Induced Entanglement

在强抽运场和弱探测场驱动下，在传统的Lambda型三能级原子系统中出现了一种新的量子现象-电磁诱导纠缠.泵浦场和探测场之间的纠缠可以通过两个较低能级之间的低相干衰减率、高泵浦场强度和原子系综的大光学深度来实现。物理起源是泵浦场和探测场产生的较低的双重态之间的量子相干性，类似于众所周知的电磁感应透明。该方法可以在仅利用相干光场的情况下，在亮光束间产生非简并窄带连续变量纠缠，在实际的量子信息处理中有着潜在的和广泛的应用。

大里德堡系综中的自发雪崩退相

Spontaneous avalanche dephasing in large Rydberg ensembles

强的偶极交换相互作用，由于自发产生的污染物状态，可以触发快速退相多体里德堡系综[E。Goldschlaun等人，PRL 116，113001（2016）]。这种扩展对许多连贯地使用里德伯相互作用的建议，特别是里德伯敷料建议有严重的影响。失相作为失控过程出现，其中第一污染物原子的产生促进更多污染物原子的产生。在这里，我们研究这个过程的时间依赖性与频闪的方法。使用泵浦探测技术，我们创建一个多余的“泵”里德伯人口和探测其效果与不同的“探测”里德伯过渡。我们观察到一个减少的共振泵浦速率和增强的激发两侧的过渡原子被添加到泵状态。我们还观察到人口增长的时间尺度显着短于预测的均匀平均场模型，预期从一个集群的增长机制，高阶相关性占主导地位的动态。这些结果支持早期的工作，并确认的时间尺度的开始失相减少的一个因素，其规模作为反的原子数。此外，我们讨论了几种方法，以尽量减少这些影响的自发加宽，包括频闪技术和在低温下操作。避免不需要的增宽效应是具有挑战性的，但在某些条件下，它们可以被减轻。

Linear and continuous variable spin-wave processing using a cavity-coupled atomic ensemble

Spin-wave excitations in ensembles of atoms are gaining attention as a quantum information resource. However, current techniques with atomic spin waves do not achieve universal quantum information processing. We conduct a theoretical analysis of methods to create a high-capacity universal quantum processor and network node using an ensemble of laser-cooled atoms, trapped in a one-dimensional periodic potential and coupled to a ring cavity. We describe how to establish linear quantum processing using a lambda-scheme in a rubidium-atom system, calculate the expected experimental operational fide…

紧聚焦弱光束与小原子系综的双光子散射：探测原子能级结构的光学探针

Two-photon scattering of a tightly focused weak light beam from a small atomic ensemble : an optical probe to detect atomic level structures

研究了弱光束与二能级原子系综的双光子散射。这类似于一维波导中原子系综的光子散射。在单光子共振的双光子非线性标度显示出非单调的行为与几个相同的2LA的数量增加。对于与单光子共振失谐的入射光子，双光子非线性随原子数的增加而单调衰减。两个2LA中的单光子输运与单个V型三能级原子（3LA）中的单光子输运相似。然而，在这两个系统中的双光子输运表现出非常不同的线形。当这些系统中的单光子传输为零时，两个传输的光子在V型3LA中聚束在一起，而它们的相关性在两个2LA中为零。对于少数2LA和3LA，双光子线形的差异持续存在。因此，紧聚焦弱光束的双光子散射可以作为探测跃迁能量相近的不同原子的原子能级结构的探针。

多色laser脉冲的共振非平稳放大和氖亚稳原子光学致密系综中的锥形辐射

Resonant nonstationary amplification of polychromatic laser pulses and conical emission in an optically dense ensemble of neon metastable atoms

对强、弱场-物质耦合条件下单光束和泵浦-探测光与共振吸收介质的相互作用进行了实验和数值研究。观察到显着的探测光束放大和锥形发射。在较弱的泵浦和较高的介质密度下，当满足场与共振物质的强耦合条件时，探测放大谱具有谱偶线的形式。较强的泵浦导致在跃迁频率处出现探测光放大的单峰。更大的探测强度导致不对称的透射光谱，在吸收线的蓝色翼处放大，在红色翼处衰减。在高、中密度下出现一条宽的扩增带。理论模型基于二能级系统的Maxwell-Bloch方程的解。不同类型的探测透射谱的获得归因于复杂的动力学的相干介质响应的宽带多色辐射的多模染料激光器。

钟稳定度随原子数的指数标度

Exponential scaling of clock stability with atom number

在囚禁原子钟中，退相干的主要来源通常是振荡器的相位噪声。对于这种情况下，我们得到理论上的性能增益相结合的几个原子合奏。例如，N个原子的M个系综可以与各种探测周期相结合，以将频率变化减少到标准拉姆齐时钟的M 2^-M倍。如果一些系综的原子相以降低的频率演变，则类似的指数改进是可能的。这些系综可以由具有较低频率跃迁的原子或分子构成，或者由动态解耦产生。具有减小的频率或探测周期的系综仅负责计数2 π相位缠绕的整数个，并且不影响时钟的系统误差。具有高斯初始状态的量子相位测量允许比拉姆齐光谱更小的系综尺寸。

阻塞Rydberg系综中原子与光的合作相互作用

Cooperative atom-light interaction in a blockaded Rydberg ensemble

通过利用电磁感应透明（EIT）将探测跃迁耦合到里德伯态，我们将强偶极-偶极相互作用映射到光场上。我们的特征作为探针强度和密度的函数的合作光学非线性。我们发现，偶极封锁的效果不能用平均场来描述，但需要一个$N$ -原子合作模型。获得了良好的定量协议，为三个原子每个封锁与$n=60$里德堡态。我们对$<110$ kHz的封锁球的退相速率设置上限。

Acoustic spectral hole-burning in a two-level system ensemble

Microscopic two-level system (TLS) defects at dielectric surfaces and interfaces are among the dominant sources of loss in superconducting quantum circuits, and their properties have been extensively probed using superconducting resonators and qubits. We report on spectroscopy of TLSs coupling to the strain field in a surface acoustic wave (SAW) resonator. The narrow free spectral range of the resonator allows for two-tone spectroscopy where a strong pump is applied at one resonance while a weak signal is used to probe a different mode. We map the spectral hole burnt by the pump tone as a func…

原子热系综中经典动力学与量子动力学的相互作用

Interplay of classical and quantum dynamics in a thermal ensemble of atoms

在相干场驱动的原子热系综中，量子叠加的演化如何与光抽运和原子扩散的经典动力学竞争？是光抽运首先准备了热系综，随后发展相干叠加，还是相反：相干叠加的原子通过光抽运被驱动到稳态？使用频闪探测技术，在这里，我们实验探索这些问题。用100 ns脉冲探测了实验模拟的铷原子中的封闭三能级类双折射组态，该组态由强相干控制和非相干场驱动。探测器传输的时间演变显示了初始过冲与打开控制，导致类似于激光无反转（LWI）的情况。相应的上升时间由相干动力学决定，在原子的热系综中具有明显的半周期拉比跳变的实验特征。我们的研究结果表明，事实上，光泵驱动原子在一个显着更长的时间尺度，维持叠加的暗态的稳定状态。最终的控制关闭导致传输突然下降，具有用于识别封闭和开放系统的普遍存在的签名。数值模拟和玩具模型预测证实了我们的说法。这些研究揭示了与热系综中的原子相关的丰富而复杂的动力学的新见解，否则在状态准备的冷原子系综中不存在。

Eigenstate thermalization and ensemble equivalence in few-body fermionic systems

We investigate eigenstate thermalization from the point of view of vanishing particle and heat currents between a few-body fermionic Hamiltonian prepared in one of its eigenstates and an external, weakly coupled Fermi-Dirac gas. The latter acts as a thermometric probe, with its temperature and chemical potential set so that there is neither particle nor heat current between the two subsystems. We argue that the probe temperature can be attributed to the few-fermion eigenstate in the sense that (i) it varies smoothly with energy from eigenstate to eigenstate, (ii) it is equal to the temperature…

Witnessing quantum correlations in a nuclear ensemble via an electron spin qubit

A coherent ensemble of spins interfaced with a proxy qubit is an attractive platform to create many-body coherences and probe the regime of collective excitations. An electron spin qubit in a semiconductor quantum dot can act as such an interface to the dense nuclear spin ensemble within the quantum dot consisting of multiple high-spin atomic species. Earlier work has shown that the electron can relay properties of its nuclear environment through the statistics of its mean-field interaction with the total nuclear polarisation, namely its mean and variance. Here, we demonstrate a method to prob…

混沌和复杂性源于设计

Chaos and complexity by design

我们利用幺正设计的方法研究了量子混沌与伪随机性之间的关系。随机性的自然探测是“框架势”，其通过酉$k$ -设计来最小化，并测量Haar随机酉系综与另一系综之间的$2$ -范数距离。超时间序（OTO）四点关联函数是研究量子混沌的一个很好的工具。我们证明了非时间阶$2k$点扩散子的推广的范数平方与$k$第帧势成正比，从而提供了混沌与伪随机之间的定量联系.此外，我们证明了这些$2k$ -点的泡利算子完全确定$k$ -折叠通道的酉算子的合奏。最后，我们使用一个计数参数，以获得一个下限的量子线路复杂性的框架潜力。这提供了混沌、复杂性和随机性之间的直接联系。

通过工程化的 Rydberg 诱导去相位实现连续波量子光控制

Continuous-wave quantum light control via engineered Rydberg-induced dephasing

本文提出通过工程化 Rydberg 诱导去相位实现连续波单光子晶体管，提升量子光操控效率。

Probing many-body dynamics in a two dimensional dipolar spin ensemble

The most direct approach for characterizing the quantum dynamics of a strongly-interacting system is to measure the time-evolution of its full many-body state. Despite the conceptual simplicity of this approach, it quickly becomes intractable as the system size grows. An alternate framework is to think of the many-body dynamics as generating noise, which can be measured by the decoherence of a probe qubit. Our work centers on the following question: What can the decoherence dynamics of such a probe tell us about the many-body system? In particular, we utilize optically addressable probe spins …

冷原子系综中的多重图像存储与频率变换

Multiple images storage and frequency conversion in a cold atomic ensemble

量子存储器是量子网络的关键组成部分，对量子存储器的强烈需求激发了新的方法学，并导致了量子存储的实验进展。将量子存储器用于空间多模或图像存储可以显著提高信道比特率。此外，可以存储多种光学模式的量子存储器将导致量子通信和计算的更高效率。在这里，通过在冷原子系综中使用共振三脚架电磁诱导透明，我们实验证明了频域中的多探针存储，其中两个探针场具有离散的波长和不同的空间信息。此外，通过使用不同的读取光，我们实现了高效率的频率转换的检索图像。此外，我们的方法可以用来创建一个重叠的图像通过实现分束器的功能。这些优点使我们的方法在包括量子信息、探测、成像、传感甚至天体物理观测等许多领域都很有用。

对称迪克态作为波状暗物质场分布式传感的最优探针

Symmetric Dicke States as Optimal Probes for Wave-Like Dark Matter

利用对称迪克态作为最优探针，实现对波状暗物质场的高灵敏度分布式传感，具有N²增强和抗退相干能力。

超冷里德堡系综中偶极相互作用引起的合作光学非线性

Cooperative optical non-linearity due to dipolar interactions in an ultra-cold Rydberg ensemble

我们证明了超冷原子系综中里德伯原子之间的偶极相互作用引起的合作光学非线性。通过将探测跃迁耦合到里德堡态，我们将里德堡对之间的强偶极-偶极相互作用映射到光场上。我们表征了非线性作为电场和密度的函数，并证明了由于协同效应的光学非线性的增强。

通过原子-分子暗态的费米配对的慢光探测

Slow-light probe of Fermi pairing through an atom-molecule dark state

研究了量子简并原子气体通过分子暗态到基态双原子分子的双色光缔合。这个过程可以用λ能级的形式来描述，它在形式上类似于原子系统中的电磁感应透明（EIT），因此可以导致缓慢的光传播。我们表明，光场的群速度取决于明确的原子是玻色子或费米子，以及在费米子的情况下对间隙的存在或不存在，使测量的群速度实现了非破坏性诊断的原子状态和配对间隙。

共振光在静止点散射系综平面上的反射：量子微观方法

Reflection of resonant light from a plane surface of an ensemble of motionless point scatters: Quantum microscopic approach

基于先前在[JETP 112，246（2011）]中开发的一般理论结果，我们分析了准共振光从静止点散射的密集和无序系综的平面表面的反射。散射光的角度分布计算为s和p偏振的探测辐射。计算散射光的相干和非相干（漫射）分量之间的比率。我们分析了位于不同距离的表面散射的贡献，并确定在此背景下负责反射光束生成的表面层的厚度。讨论了表面附近偶极-偶极相互作用的不均匀性，研究了总反射光功率与入射角的关系，并将微观方法的结果与菲涅耳反射理论的预测进行了比较。对不同密度的散射体和不同频率的探测辐射进行了计算。

腔中冷原子系综的里德伯诱导光学非线性

Rydberg-induced optical nonlinearities from a cold atomic ensemble trapped inside a cavity

实验研究了置于光腔中的冷原子介质在激发到里德伯态时的非线性光学响应。S和D里德堡能级的激发是通过EIT（电磁感应透明）配置中的双光子跃迁进行的，下跃迁上有弱（红色）探测光束，上跃迁上有强（蓝色）耦合光束。观察到的探测光束的S态诱导的光学非线性可以解释使用半经典模型与范德华相互作用。对于D态，似乎有必要考虑里德伯激发到长寿命的暗态的动力学衰减。我们表明，测量的非线性可以解释用里德伯气泡模型与动态衰减。

Identifying the orbital angular momentum of light based on atomic ensembles

We propose a scheme to distinguish the orbital angular momentum state of the Laguerre-Gaussian (LG) beam based on the electromagnetically induced transparency modulated by a microwave field in atomic ensembles. We show that the transverse phase variation of a probe beam with the LG mode can be mapped into the spatial intensity distribution due to the change of atomic coherence caused by the microwave. The proposal may provide a useful tool for studying higher-dimensional quantum information based on atomic ensembles.