Quantum Information at the Interface of Light with Atomic Ensembles and Micromechanical Oscillators
本文综述了近年来关于光-物质界面的研究进展。这种接口是长距离量子通信、纠缠辅助传感和测量以及可扩展光子量子计算的重要前提。本文综述了基于法拉第效应的光-物质界面的研究进展。这种相互作用长期以来一直被用作通过光对原子自旋进行量子非破坏检测的工具。最近发现，这种类型的光-物质相互作用实际上可以被调整以实现更一般的动力学，从而使光-物质界面的性能更好，并使渲染任务成为可能，这在以前被认为是不切实际的。这包括实现接近量子Cramer-Rao极限的改进的纠缠辅助和反作用回避磁力学，压缩态光的量子存储器和纠缠的耗散产生。一个单独的，但相关的，实验纠缠辅助冷原子钟显示海森堡标度的精度进行了描述。我们还审查了集体原子自旋与纳米或微机械振荡器之间可能的接口，提供了原子和固态物理方法之间的联系对量子信息处理。
2011-11-03 quant-ph
Deterministic atom-light quantum interface
原子-光量子接口的概念在过去十年中得到了发展，这在很大程度上是由于量子信息处理和通信的新领域内的需求。在过去的几年里，出现了一种使用大型原子系综的有前途的接口类型。在这篇文章中，我们回顾了这一领域的研究，特别强调确定性高保真量子信息协议。详细介绍了最近的两个实验：远距离原子的纠缠和光的量子存储。
2006-01-27 quant-ph
A continuous-variable formalism for the Faraday atom-light interface
最近应用于操纵二分和多分纠缠的偏振原子系综和相干态光之间的量子接口，通过连续变量的形式主义重新审视。连续变量形式主义的明确使用大大方便了不同模式之间的纠缠的分析，减少它的最终协方差矩阵，可以找到分析的性质的研究。此外，它允许研究混合态的物质-光界面，使形式主义适应于初始准备的高斯态受到一定量噪声影响的实验情况。一个多体的情况下，导致宏观集群状态的产生，并在此形式主义的详细分析。
2011-06-25 quant-ph
Noise resilient quantum interface based on QND interaction
我们提出了一个量子接口协议的基础上，两个量子非破坏相互作用（QND）安排在顺序或并行。由于QND耦合在光与宏观原子系综或光与微机械振荡器之间的相互作用中自然产生，因此所提出的界面能够将光的状态转移到这些物质系统上。对于任何量子态，对于任意小的相互作用强度，以及对于任意大的目标系统噪声，转移本身是完美的和确定的。它需要一个全光学的预处理，需要一个比光与物质之间的耦合更强的耦合，以及物质系统的位移前馈校正。我们还提出了一个概率版本的接口，它消除了前馈校正的成本降低成功率的需要。该界面的应用可以在量子存储器的构建中找到，或者在量子传感的状态准备中找到。
2010-02-01 quant-ph
Strict experimental test of macroscopic realism in a light-matter-interfaced system
宏观实在论（Macroscopic realism）是一种经典的世界观，认为宏观系统总是确定地处于两个或两个以上宏观上可区分的状态之一，因此永远不会处于这些状态的叠加。在宏观尺度上观察量子现象的可能性是否存在根本限制的问题仍然不清楚。在这里，我们实现了一个严格而简单的协议来测试宏观现实主义的光物质接口系统。我们用两个宏观上可区分的固态成分创造了一个微观-宏观纠缠，并排除了那些否认两个分离固体中10^10个离子共享多达76个原子激发的相干叠加的理论。这些结果提供了一种利用量子存储技术提高原子叠加态尺寸和在更高层次上推进宏观性的一般方法。
2019-10-24 quant-ph
An integrated processor for photonic quantum states using a broadband light-matter interface
量子光脉冲的忠实存储和相干操纵是实现长距离量子通信和量子计算的关键。将这些功能结合在光-物质界面中，可以与其他光子量子技术（例如纠缠光子源）集成在芯片上，是迈向这些应用的重要一步。到目前为止，只有几个示范的相干脉冲操纵利用光学存储设备兼容的量子态，只有在原子气体介质（使集成困难）和有限的能力。在这里，我们描述了一个宽带波导量子存储器的基础上原子频率梳（AFC）协议可以被用作一个可编程处理器，基本上任意的光谱和时间操纵的个人量子光脉冲。利用弱相干光脉冲在几个光子的水平，我们的实验演示了排序，时间到频率复用和解复用，分裂，干涉，时间和光谱滤波，压缩和拉伸以及选择性延迟。我们的集成光-物质接口提供了高速率、鲁棒且易于配置的量子光脉冲操作，使完全实用的光量子器件更接近现实。此外，由于AFC协议适合于存储强光脉冲，我们的处理器也可以在经典通信中找到应用。
2014-04-24 quant-ph
Non-ideal atom-light interfaces: modeling real-world effects
本文提出了一个描述连续变量原子-光界面相干和非相干过程的模型。我们假设光和原子处于高斯态，并用角动量算符的一阶矩和二阶矩来描述系统动力学。光和原子变量的空间和时间的不均匀性被纳入分区系统成小的均匀段。此外，其他实验缺陷，例如有限的探测器的时间分辨率和原子运动进行了模拟。该模型能够描述许多实验情况，从室温的蒸汽细胞亚mK原子云。为了说明这种方法，我们计算了探测器的时间分辨率，空间不均匀性和原子运动对铷87的D2跃迁的自旋压缩动力学的影响。
2008-02-22 quant-ph
Generating multi-atom entangled W states via light-matter interface based fusion mechanism
W态是量子通信中的关键资源。在线性光学系统中，聚变技术已被证明是从两个或多个小尺寸W态制备大尺寸W态的一个很好的选择。研究如何通过光-物质界面实现W态的熔合具有重要意义。在这里，我们表明，它是可能的，以制备大尺寸的W态网络在腔QED系统中使用的融合机制。三个原子与真空腔模的失谐相互作用构成了主要的熔合机制，在此基础上，两个或三个小尺寸的W原子态可以熔合成一个大尺寸的W原子态。如果没有从这三个原子中检测到激发，则剩余的原子仍然处于两个或三个新的W态的产物中，其可以重新融合。避免了以往融合方案中复杂的Fredkin门。大小为2的W态也可以被熔合。可行性分析表明，我们的融合过程可能与现有的技术实现。我们的结果表明了基于光-物质相互作用的融合机制是如何实现的，并可能成为腔QED系统中多体纠缠融合的起点。
2016-02-16 quant-ph
Polarization-based Light-Atom Quantum Interface with an All-optical Trap
我们描述了一个系统的实现，用于研究光-物质相互作用使用的$10^6$冷铷87原子，被困在一个单光束的光偶极阱的系综。在这种配置中，原子云的细长形状增加了集体光-原子耦合的强度。全光学捕获允许在低退相干环境中的长存储时间。我们能够对一个原子系综进行数千次测量，而几乎没有破坏。我们报告的结果顺磁法拉第旋转从宏观极化原子系综。我们的研究结果证实了在这个系统中可以实现强的光-原子耦合，这使得它对单通量子信息协议具有吸引力。
2009-02-23 quant-ph
A solid state light-matter interface at the single photon level
量子信息在光与物质之间的相干可逆映射是量子信息科学中的一个重要实验挑战。特别是，它是实现量子网络和量子中继器的决定性里程碑。到目前为止，光和原子之间的量子界面已经用原子气体和腔中单个被困原子来证明。在这里，我们展示了一个光场的相干和可逆的映射，每个脉冲不到一个光子到一个自然被困在固体中的1000万个原子的系综。这通过在适当制备的固态原子介质中相干吸收光场来实现。光的状态被映射到集体原子激发上的光学跃迁和存储的预编程的时间高达1 μ s之前，被释放在一个定义良好的时空模式作为一个集体干涉的结果。通过对两个相位关系可变的存储弱脉冲进行干涉实验，验证了该过程的相干性。获得了大于95%的亮度，这表明在单光子水平上的映射过程的高相干性。此外，我们的实验表明，我们的接口允许一个存储和检索光场在多个时间模式。我们的研究结果代表了在固体中的单光子水平上的集体增强的首次观察，并开辟了多模固态量子存储器作为原子气体的有前途的替代品的道路。
2008-10-03 quant-ph
Few qubit atom-light interfaces with collective encoding
在几微米大小的空间区域内具有几百个原子的样品足够大以提供光的有效合作吸收和发射，并且足够小以确保当原子被激发到高位里德堡态时的强偶极-偶极相互作用。基于最近提出的集体编码方案，我们建议在这样的样本中构建几个量子比特的量子寄存器。该寄存器可以存储和传输单光子形式的量子信息，并且它们可以采用纠缠泵浦协议来理想地在可扩展的量子计算和长距离量子通信的网络中执行。
2008-07-28 quant-ph
Manipulating mesoscopic multipartite entanglement with atom-light interfaces
在辅助光系统中测量两个宏观原子系综之间的纠缠态，已被证明是实现量子存储和量子态传输的一种有效方法。在这里，我们调查的可行性，这样的方法产生，操纵和检测真正的多体纠缠之间的介观原子系综。我们的结果以一种非平凡的方式推广了[B]中实验报道的两个宏观气体样品之间的EPR纠缠。Julsgaard，A. Kozhekin和E. Polzik，Nature { \bf 413}，400（2001）].我们发现，在现实条件下，第二个正交的光脉冲与原子样品相互作用，可以修改，甚至逆转的纠缠行动的第一个离开样品在一个可分离的状态。
2010-02-16 quant-ph
Quantum atom-light interfaces in the gaussian description for spin-1 systems
我们扩展的协方差矩阵描述的原子-光量子接口，最初开发的真实和有效的自旋1/2原子，包括“自旋对齐”的自由度。这允许在任意磁场中对光学探测的自旋-1系综进行精确建模。我们还包括在实验情况下非常常见的技术噪声术语。这些包括磁场噪声、可变原子数和磁场不均匀性的影响。我们证明了我们的扩展模型的有效性，通过比较数值模拟的自由感应衰减（FID）测量极化$^{87}$ Rb原子的$f = 1$基态。我们定性和定量再现实验结果与所有的自由参数的模拟固定。该模型可以很容易地扩展到更大的自旋系统，并适应更复杂的实验情况。
2013-05-02 quant-ph
Non-symmetric quantum interfaces with bilayer atomic arrays
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究双层原子阵列在自由空间中的量子光-物质接口，考虑层间间距偏离布拉格对称条件，通过映射到一维模型，展示接口效率由反射和透射散射可观测量决定，揭示超越布拉格对称优化光-物质耦合的新机会。
2026-04-15 quant-ph
An efficient quantum light-matter interface with sub-second lifetime
量子中继器有望实现可扩展的长距离量子通信。第一个基于存储-光子纠缠的量子中继器在提高构建模块的性能方面取得了重大进展。由于难以将长存储时间和高存储效率等关键功能集成到单个系统中，进一步的开发受到阻碍。利用三维光晶格约束激光冷却的原子，并利用环形腔增强原子与光子的耦合，实现了亚秒级寿命的高效光-物质界面。同时获得了76（5）%的初始提取效率和0.22（1）s的1/e寿命，并通过量子中继器实现了1000 km的亚赫兹纠缠分发。再加上高效的电信接口和适度的多路复用，我们的研究结果可能会在不久的将来实现第一个量子中继器系统，击败直接传输。
2015-11-02 physics.optics quant-ph
Three-dimensional light-matter interface for collective spin squeezing in atomic ensembles
我们研究了冷原子自旋系综与傍轴激光束之间的量子界面的三维性质，通过色散相互作用耦合。为了实现集体原子自旋和光子之间的强纠缠，必须将系综的集体辐射的空间模式与激光束的模式相匹配，同时最小化由于光泵浦引起的退相干效应。对于耦合到在云的范围内变化的探测场的系综，不可阻挡地辐射到场的期望模式中的原子集定义了非均匀的自旋波。自旋波与探测模的强耦合不是由单个参数光密度表征的，而是由表征系统相干性和退相干性的不同有效原子数的集合表征的。为了模拟系统的动力学，我们开发了一个完整的随机主方程，包括相干集体散射到傍轴模式，退相干局部非均匀漫散射，和由于连续测量的光纠缠的自旋波的反作用。利用连续量子非破坏（QND）测量研究了自旋波的压缩。我们发现，最大的压缩发生在参数制度的空间不均匀性是显着的，远离的限制，其中的接口是很好地近似的一维，均匀的模型。
2013-12-17 quant-ph
Free-space quantum interface of a single atomic tweezer array with light
本文提出一种自由空间量子接口方案，通过设计多光束叠加模式匹配二维原子镊子阵列的衍射图案，实现高效光耦合，效率随原子数N提升，对误差鲁棒，适用于量子信息应用。
2025-10-27 quant-ph
Quantum interface between light and atomic ensembles
在过去的十年中，光与多原子系综的相互作用作为量子信息处理和量子态工程的基础模块引起了人们的广泛关注。该领域始于实现光学厚自由空间系综可以有效地与量子光场接口。到目前为止，原子系综-光界面已经成为光与单个原子的腔增强相互作用的有力替代。我们讨论了用于量子界面的各种机制，包括量子非破坏或法拉第相互作用，量子测量和反馈，拉曼相互作用和电磁感应透明。本文为这些过程提供了一个共同的理论框架，描述了用于量子接口的基本实验技术和介质，并回顾了光的量子存储、原子系综与光的量子纠缠以及原子系综的量子隐形传态等几个关键实验。我们讨论了两种类型的量子测量，这是最重要的接口：零差检测和光子计数。文章最后展望了原子系综作为量子信息处理的一种使能技术的未来。
2010-04-27 cond-mat.other quant-ph
Quantum Noise for Faraday Light Matter Interfaces
在基于法拉第效应的光物质界面中，已经成功地实现了许多量子信息协议。为了进一步提高这些协议中实现的性能和准确性，需要获得对相关噪声和退相干过程的更深入理解。本文首次对自发发射的退相干现象进行了完整的描述。我们从第一性原理导出光子自发发射到不可观测模式的效应。我们的研究结果涉及集体原子自旋和前向传播光模式的完整的原子能级结构的有效运动方程中产生的衰变和噪声项。我们说明并应用我们的结果的情况下，量子存储器协议。我们的结果可以应用于任何合适的原子种类，本文中采取的一般方法可以应用于基于不同机制的光物质界面和量子存储器。
2012-06-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Hybrid Quasi-Bound State in the Continuum at Topological Quantum Optics Interface
该研究在拓扑量子光学界面发现由光-物质相互作用诱导的新型混合连续域准束缚态，揭示其与光放大的时间反演关系，可实现定向超窄放大器，为量子器件应用提供新途径。
2025-07-31 quant-ph
Universal approach for quantum interfaces with atomic arrays
我们开发了一个通用的方法来表征原子阵列平台作为光物质接口，专注于它们在量子存储和光子纠缠产生中的应用。我们的方法是基于原子阵列问题的映射到一个通用的1D模型的光与集体偶极子相互作用。我们发现，光-物质耦合的效率，这反过来又决定了量子存储和纠缠，是由一维散射问题，$r_0=C/(1+C)$，其中$C$是模型的协同参数的共振反射率。对于自由空间中的二维和三维原子阵列，我们推导出映射参数$C$，因此$r_0$，同时考虑到现实的影响，如有限的尺寸的阵列和照明光束和弱无序的原子位置。我们的分析结果进行了数值验证，并揭示了一个关键的想法：量子任务的效率降低了我们的方法的经典计算的反射率。这提供了一个统一的框架，在各种相关的平台，如光晶格和镊子阵列的集体光-物质耦合的分析。讨论了数组以外的集体系统的推广。
2023-02-09 quant-ph
Dispersive CQED interactions between matter qubits and bright squeezed light
研究了高Q腔中物质量子比特与明亮压缩光场的色散相互作用。数值模拟结果表明，利用明亮压缩光通过色散光-物质相互作用获得一定相移的操作比明亮相干光具有更高的保真度。
2008-04-06 quant-ph
Observation of quantum spin noise in a 1D light-atoms quantum interface
我们在一维光-原子界面上观测到了原子系综的集体量子自旋态。由数百个铯原子组成的弦被困在一个锥形钟的倏逝场中，处于相干自旋态，这是两个时钟态的叠加。一个弱的量子nondemolition测量的一个投影的集体自旋使用失谐探针分散耦合到集体原子观察，随后由一个强破坏性测量相同的自旋投影。对于相干自旋态，我们实现的量子投影噪声的值40分贝以上的检测噪声，远高于重建非经典状态的负维格纳函数所需的3分贝。我们分析了由倏逝波捕获和探测的原子所固有的强空间不均匀性的影响。我们进一步研究了与测量诱导自旋压缩相关的量子涨落的时间动力学，并评估了热原子运动的影响。这项工作为在一维自旋系综中观察自旋压缩态和纠缠态以及多体相互作用铺平了道路。
2018-01-18 quant-ph
Energy-efficient quantum non-demolition measurement with a spin-photon interface
研究自旋-光子界面用于自旋态量子非破坏测量，提出利用零/单光子叠加态作为指针态，相比相干光脉冲在相同光子预算下更可区分，且节能优势在经典测量下保持，方案对器件缺陷鲁棒。
2023-08-30 quant-ph
Purifying quantum-dot light in a coherent frequency interface
本研究针对亮量子点近红外发射需转至电信波段且信号质量影响量子网络性能的问题，提出在周期性极化铌酸锂波导中利用反向差频产生同时实现单光子光谱纯化与C波段频率转换，为高性能单发射体源集成到混合量子网络提供了可行路径。
2024-07-11 quant-ph
Quantum interface between light and a one-dimensional atomic system
我们研究了信号光子脉冲与一维原子链之间的量子界面的最佳条件。被测物体被物理设计为三脚架型原子的原子阵列，该原子阵列被限制在纳米级电介质波导中并经历其基本HE11模式。相互作用的效率主要受到波导倏逝场与被囚禁原子的重叠和耦合的限制。我们验证了这些物理条件时，耦合内的主要散射通道将足以进一步提供各种基本的接口协议，如光存储，光物质纠缠，准备一些光子状态的需求，等。
2020-04-14 physics.atom-ph quant-ph
Diffraction effects on light-atomic ensemble quantum interface
我们提出了一个简单的方法，包括衍射的影响到一个光原子系综量子界面的集体变量的上下文中的描述。在进行散射计算时，我们挑出纯粹的几何效应。我们将我们的方法应用于实验相关的情况下，高斯形状的原子样品存储在单光束光偶极阱和探测的高斯光束。我们得到的相互作用的几何形状的效果的解析缩放关系，并比较我们的研究结果从1维模型的光传播的结果。
2004-03-29 physics.atom-ph quant-ph
Focusing characteristics of a 4$π$ parabolic mirror light-matter interface
使用4 $π$抛物柱面镜聚焦允许从几乎完整的立体角聚集光，而使用单个显微镜物镜聚焦将用于聚焦的锥角限制为最大半立体角。通过使用深抛物柱面镜来增加立体角的代价是增加了反射镜制造过程的复杂性，并且可能引入降低聚焦质量的误差。为了确定这些误差，我们实验研究的4 $π$抛物柱面镜，是由单点金刚石车削的聚焦特性。该特性的特征在于与一个单一的$^{174}$ Yb $^{+}$离子作为移动点散射体。离子被捕获在具有可移动的高光学访问保罗阱的真空环境中。我们证明了一个有效的焦斑尺寸为209 nm的横向和551 nm的轴向方向。这种紧密的聚焦使我们能够建立一个有效的光-物质界面。我们的研究结果与数值模拟相一致，该数值模拟结合了有限离子温度和干涉测量的由抛物柱面镜引起的波前像差。我们指出在进一步的技术改进和讨论的一般范围的应用程序的4 $π$抛物柱面镜。
2017-02-28 physics.optics quant-ph
Nanophotonic coherent light-matter interfaces based on rare-earth-doped crystals
量子光物质接口（QLMIs）将静态量子比特连接到光子，将使光网络能够用于量子通信，精确的全球时间保持，光子开关和基础物理学研究。稀土离子掺杂晶体是光量子存储器和光子、微波光子和自旋波之间的量子转换器的最新材料。在这里，我们展示了耦合的钕稀土元素的合奏光子纳米腔中制造的钇正硅酸盐主晶体。在高相干的4 I_（9/2）-4F_（3/2）光跃迁中观察到了包括Purcell增强（F=42）和偶极诱导透明的腔量子电动力学效应。由于原子密度的统计精细结构的腔传输的波动进行测量，表示在量子水平上的操作。腔耦合REI的相干光学控制通过光子回波来执行。长的光学相干时间（T2~100微秒）和小的非均匀加宽测量的腔耦合REI，从而证明了它们的潜力，在芯片上可扩展的QLMIs。
2015-07-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A quantum interface between light and nuclear spins in quantum dots
飞行的光子量子比特与静止的基于物质的量子比特的相干耦合是量子通信网络的重要组成部分。我们展示了如何在行波光场和极化核自旋之间实现这样一个量子界面，该界面位于强耦合到高精细光学腔的单电荷量子点中。通过消除电子，实现了直接有效的耦合。根据所施加的激光场，获得能够写入或读出的相互作用。
2010-01-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photomolecular Effect: Visible Light Interaction with Air-Water Interface
本文提出并实验验证了光分子效应，即可见光中横磁偏振光子可从空气-水界面剥离水分子团簇，并证明该效应可加热薄雾，对天气、气候及水循环具有广泛影响。
2023-10-28 cond-mat.soft physics.app-ph physics.optics
Quantum-enabled interface between microwave and telecom light
电信波长的光子是高密度互连的理想选择，而微波域中的固态量子比特为快速量子逻辑提供了强相互作用。在这里，我们提出了一个通用的，量子使能的巡回微波和光学之间的接口。我们使用一个脉冲电光换能器在毫开尔文温度下，以证明纳秒的时间尺度控制的转换后的复模振幅与输入的附加噪声的$N^{oe}_\textrm{in} = 0.16^{+0.02}_{-0.01}$（$N^{eo}_\textrm{in} = 1.11^{+0.15}_{-0.07}$）量子的微波到光学（反向）方向。操作高达单位协同，这项工作进入制度的强耦合腔量子电光的特点是单位内部效率和非线性效应，如观察到的激光冷却的超导腔模式。$C_q>10$的高量子协同性形成了超导电路与光之间确定性纠缠产生的基础。
2021-07-17 physics.optics quant-ph
Macroscopicity in an optomechanical matter-wave interferometer
我们分析了一个建议，我们最近提出了一个接口之间的物质波和光机技术的宏观量子的角度来看。特别是，通过利用量子叠加，特别是非常适合于连续变量系统的宏观措施，我们证明了存在的工作点，我们的接口，在那里实现了真正的介观态的量子力学叠加。因此，我们的建议有可能肯定自己作为一个可行的原子到力学的量子相干性换能器。
2015-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital angular momentum photonic quantum interface
在经典和量子光通信中，光携带轨道角动量（OAM）在提高信道容量方面具有巨大的潜力。长距离光通信要求光的波长位于低损耗的通信窗口，但目前正在开发的用于量子中继器的大多数量子存储器工作在不同的波长，因此需要量子接口来弥合波长差距。到目前为止，这种用于OAM承载光的接口尚未实现。在这里，我们报告的第一个实验实现的量子接口的预言单光子携带OAM使用非线性晶体在光学腔。输入和输出光子的空间结构表现出很强的相似性。更重要的是，单光子相干性在上转换过程中得到了保持。
2015-08-20 physics.optics quant-ph
Nonlinear metrology with a quantum interface
我们用集体连续变量形式描述了非线性量子原子-光界面和非线性量子精密测量。我们开发了一个非线性的有效哈密顿量的自旋和极化集体变量，并表明，模型哈密顿量的兴趣，非线性量子精密测量可以产生在$^{87}$ Rb合奏。有了这些哈密顿量，计量学上相关的原子性质，例如集体自旋，可以比“海森堡极限”$\propto 1/N$更好地测量。与其他提出的非线性计量系统相比，原子-光界面允许对相同原子量进行线性和非线性估计。
2010-05-26 physics.atom-ph quant-ph
Tunable interface states between Floquet-Weyl semimetals
外尔半金属和节线半金属的特征在于分别在零维点和一维线处接触的线性电子带。最近，人们预测节线半金属可以被圆偏振光驱动成可调谐的Floquet-Weyl半金属。在这里，我们研究的发生之间的两个区域的节线半金属的两束光照射具有相反的圆偏振的界面态。在一个极小模型，我们发现显着的修改的能量结构，通过调整的偏振光，如可能产生的范霍夫奇点。此外，通过添加沿界面平面的磁性杂质的$δ$掺杂，我们示出了可切换的和拓扑非平凡的，涡旋状的伪自旋图案的界面状态的发生。
2022-11-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral nanophotonic waveguide interface based on spin-orbit coupling of light
通过纳米光子波导控制光的流动具有改变集成信息处理的潜力，就像传统玻璃纤维彻底改变了全球通信一样。由于光的强横向限制，这种波导引起被引导光子的内部自旋与其轨道角动量之间的耦合。在这里，我们采用这种光的自旋-轨道耦合来打破纳米光子波导表面上的单个金纳米颗粒对光的光的散射的镜像对称性。因此，我们实现了一种手性波导耦合器，其中入射光的旋向性决定了波导中的传播方向。利用这种效应，我们可以控制散射过程的方向性，并将高达94%的耦合光引导到给定的方向。这使得控制和操纵光波导和纳米光子结构中的光以及设计集成光学传感器的新方法成为可能。
2014-06-09 physics.atm-clus physics.optics quant-ph
Squeezing light with optomechanical and spin-light quantum interfaces
本研究通过超冷原子自旋系综和微机械薄膜两种系统，利用光-物质量子界面实现光的压缩，获得高量子协作性，为混合量子系统及远程量子态转移和纠缠生成奠定基础。
2025-10-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Dynamics of defects and interfaces for interacting quantum hard disks
University of Augsburg（奥格斯堡大学）；Centre for Advanced Analytics and Predictive Sciences (CAAPS), University of Augsburg（奥格斯堡大学高级分析与预测科学中心）
研究量子硬盘问题中缺陷和界面的稳定性，发现其在短程软芯相互作用下仍保持稳定，揭示量子动力学的鲁棒性。
2026-03-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Engineering chiral light--matter interaction in photonic crystal waveguides with slow light
我们设计了具有高效手性光-物质界面的光子晶体波导，可以与固态量子发射器集成。通过使用滑移面对称波导，我们表明，手性光-物质相互作用可以存在，即使在慢光的慢下来的因素高达$100$，因此光-物质相互作用表现出强烈的Purcell增强和手性。这允许针对发射器位置和频率的范围的接近统一的方向$β$因子。此外，我们设计了一个有效的模式适配器耦合光从一个标准的纳米束波导的滑移面对称光子晶体波导。我们的工作为在固态平台上进行未来的实验奠定了基础。
2016-10-04 physics.optics quant-ph
Light-matter quantum dynamics of complex laser-driven systems
我们提出了一种新的通用近似变换和简化描述的一个复杂的全量子化系统描述的相互作用的光和物质。该方法有一些相似之处，依赖于时间的玻恩-奥本海默的方法：我们认为量子描述的光，而不是核，并遵循类似的分离程序。我们的近似允许获得一个光激发物质和“打扮”光参数连接的解耦系统。有了这些方程，我们研究了作为量子态的强光如何受到相互作用物质的反作用的影响。我们讨论和论证了在相互作用过程中产生光模纠缠和非经典光的可能性。
2021-06-29 physics.chem-ph quant-ph
Imaging and localizing individual atoms interfaced with a nanophotonic waveguide
单粒子分辨荧光成像是冷原子物理学中的一项使能技术。然而，到目前为止，这种技术还不适用于纳米光子原子光接口。在这里，我们的图像单原子被捕获和光学接口使用光学反射镜。近共振光从原子散射并成像，同时通过简并拉曼冷却抵消加热机制。我们在150毫秒内检测被困原子，并记录给定原子的图像序列。在我们的技术的基础上，我们进行了两个实验，其条件是纳米纤维捕获原子的数量和位置。我们测量了纳米纤维引导的共振光的传输，并验证了其指数缩放在几个原子的限制，根据比尔-朗伯定律。此外，依赖于原子间的距离，我们观察到的两个同时被困原子发射到的光场的干涉。所展示的技术能够实现后选择和可能的反馈方案，从而为新一代量子纳米光子学实验开辟了道路。
2020-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Robust quantum correlations in out-of-equilibrium matter-light systems
光-物质相互作用系统中的高精度宏观量子控制是实现新型信息处理和超精密计量的重要目标。我们表明，一个范式的轻物质系统（迪克模型）的平衡行为揭示了两个连续的阶段增强量子关联超出了传统的方案的近绝热和突然淬火。第一阶段的特点是放大的物质和光的纠缠和压缩，由于有效的非线性自相互作用。第二阶段的结果从一个高度纠缠的轻物质状态，增强超辐射和签名的混乱和高度量子态。我们表明，这些新的影响规模与物质系统的大小一致，即使在耗散环境中是可靠的。
2015-09-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Hybrid metal-dielectric nanocavity for enhanced light-matter interactions
尽管腔量子电动力学（CQED）的基本原理和应用取得了巨大的进展，但该领域的研究主要限于由纯电介质材料组成的光学腔。在这里，我们展示了一种混合金属-电介质纳米腔的设计，并实现它在InAs/GaAs量子光子学平台，利用角旋转金属蒸发。我们的纳米光-物质界面的主要特征包括：（i）与领先的光子晶体CQED系统相比，模体积减少了一个数量级;（ii）表面发射纳米级圆柱形几何形状，因此具有良好的收集效率;最后（iii）单光子的强宽带自发发射率增强（Purcell因子~ 8）。这种光-物质界面可能在量子技术中发挥重要作用。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Directional nanophotonic atom--waveguide interface based on spin--orbit interaction of light
玻璃纤维形式的光波导是全球电信网络的骨干。在这样的光纤中，光通过在具有较高折射率的纤芯和较低折射率的包层之间的界面处发生的连续全内反射而被长距离地引导。虽然这种机制确保没有光从波导中逃逸，但它会在包层中产生倏逝场。虽然在标准光纤中保护该场不与环境相互作用，但是通常在空气或真空包层光纤中采用该场，以便使用例如，锥形光纤耦合器值得注意的是，后者所施加的强限制可以导致光的自旋和轨道角动量的显著耦合。利用这一效应，我们证明了受控的方向自发发射的光量子发射到一个亚波长直径的波导。在一个范例设置，包括铯原子位于附近的真空包覆的二氧化硅纳米粒子的影响进行了研究。我们实验观察到的不对称性高于10：1的发射率到对向传播的基本导模的双折射。此外，我们证明，这种不对称性可以定制的状态准备和适当的激发的量子发射器。我们希望我们的研究结果将有重要的影响，在纳米光子学和量子光学的研究和实现集成的光信号处理的经典以及在量子制度。
2014-06-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Multimode Raman light-atom interface in warm atomic ensemble as multiple three-mode quantum operations
分析了长原子系综中拉曼量子光-原子界面的性质及其作为量子存储器或双模压缩态产生器的应用。我们考虑弱耦合制度，包括斯托克斯和反斯托克斯散射和多普勒展宽的影响，在缓冲气体假设频繁的速度平均碰撞。我们发现格林函数描述的多模转换从输入到输出场的光子和原子激发。适当的模式基通过奇异值分解找到短的相互作用时间。结果表明，三重模的耦合是通过一个等效于两个分束器和一个双模压缩操作的变换实现的。以铷-87热蒸气为例，分析了可能的相变。我们提出的模型弥合了仅斯托克斯相互作用和仅反斯托克斯相互作用之间的差距，在时间和纵向多模情况下提供了简单、通用的描述。我们的结果也提供了一个简单的方法来找到一个薛定谔图片，从而促进理解和设计的状态的演变。
2015-06-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Cavity Light-Matter Entanglement through Quantum Fluctuations
本文结合数值精确解与微扰解析研究耦合XXZ无自旋费米子链的腔体系，指出物质算符的量子涨落是基态光-物质纠缠及腔调控电子性质的关键。
2022-12-08 cond-mat.str-el physics.optics quant-ph
Light-matter decoupling in the deep strong coupling regime: The breakdown of the Purcell effect
光子限制和发射极设计的改进使得腔量子电动力学实验中的光-物质耦合强度稳步增加。这使得可以访问相互作用主导的制度，其中系统的状态只能用混合轻物质激发来描述。在这里，我们表明，当光和物质之间的耦合变得足够强时，这张照片就会崩溃，光和物质的自由度完全解耦。这种反直觉现象的一个惊人结果是，珀塞尔效应被逆转，通常被认为随着光-物质耦合强度的增加而增加的自发发射率，在足够大的耦合下反而直线下降。
2016-10-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Heralded ultrafast generation of macroscopic quantum states in matter with bright squeezed vacuum light
University of Tokyo（东京大学）
本文提出通过明亮压缩真空光与单次正交测量相结合，在弱耦合条件下利用正交预示制备物质的宏观量子叠加态，并展示了从Dicke态到猫态的生成过程。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
