Fully quantum-mechanical analytic results for single-photon transport in a single-mode waveguide coupled to a whispering-gallery resonator interacting with a two-level atom
研究了耦合到回音壁谐振腔的单模波导与二能级原子相互作用系统中的单光子输运。单光子输运性质，如透射和反射振幅，以及谐振腔和原子的响应，是通过一个真实的空间方法精确地解决。处理包括谐振腔两个简并回音壁模之间的模间后向散射，以及谐振腔和原子的耗散。我们还表明，一个广义的临界耦合条件，即在波导的输出端的单光子传输去为零的匹配系统的共振，持有全耦合波导环谐振腔原子系统。
2009-01-26 quant-ph
Collective Strong Coupling with Homogeneous Rabi Frequencies using a 3D Lumped Element Microwave Resonator
我们设计并实现了三维集总元件微波腔，用于与金刚石中氮空位中心托管的电子自旋进行相干和均匀耦合。我们的设计在空间上将磁场聚焦到一个小的模式体积。我们实现了大的均匀的单自旋耦合率，与标准的三维腔相比，在\SI{3}{GHz}的基本共振的单自旋拉比频率的一个数量级以上的增强。有限元模拟证实，磁场分量在整个样品体积中是均匀的，RMS偏差为1.54\%。用含有$10^{17}$氮空位电子自旋的样品，我们实现了集体耦合强度为$Ω=\SI{12}{MHz}$，协同因子$C=27$，并清楚地进入强耦合区。这允许将宏观自旋系综与微波电路连接，并且均匀的拉比频率为以相干方式操纵整个系综布居铺平了道路。
2016-05-18 quant-ph
Observation of Multimode Strong Coupling of Cold Atoms to a 30-m Long Optical Resonator
本文报道了一个小原子系综与一个30米长的光纤腔场相互作用过程中的多模强耦合现象。集体光-物质耦合强度超过自由光谱范围，原子耦合到连续的纵向谐振腔模式。测量的耦合原子谐振器系统的透射光谱提供了这种制度的证据，实现了几百个原子的固有单原子协同0.26。这些结果是在一个新的光-物质相互作用环境中进行研究的起点，具有强量子非线性和新型动力学。
2019-05-17 quant-ph
Quantum decoherence in a hybrid atom-optical system of a one-dimensional coupled-resonator waveguide and an atom
研究了一维耦合谐振腔波导中两个谐振腔与环境相互作用引起的退相干。每个环境被建模为一个连续的谐振子。通过寻找杂化系统的本征态，即杂化系统的修饰态，计算了一个激发的寿命，它表征了这种杂化系统中量子相干性的存在和基本的量子性质.
2010-05-31 quant-ph
Controlled insertion and retrieval of atoms coupled to a high-finesse optical resonator
我们实验研究了单原子和双原子与高精细度光腔场的相互作用。激光冷却的铯原子被传输到腔中使用的光学偶极陷阱。我们通过观察腔的透射率来监测强耦合的单个原子与腔模的相互作用动力学。此外，我们还研究了单原子和双原子在腔模中的位置依赖耦合。我们展示了一种替代的方法，它抑制了加热效应，通过从腔中取回原子并测量其最终状态来分析原子-场相互作用。
2008-05-31 quant-ph
Controlled phase quantum gate on off-resonant interaction of photon with three-level atom in single-mode resonator
提出了利用单模QED腔中光子与三能级原子的非共振相互作用实现受控相位量子门的光学方案。该方案的可能的物理实现进行了讨论。
2017-12-12 quant-ph
Quasi-continuous variable quantum computation with collective spins in multi-path interferometers
被困在光学谐振器内的大原子样本的集体自旋可以携带量子信息，这些信息可以以类似于连续变量量子计算的方式进行处理。它示出在这里，通过结合在多路干涉仪的谐振腔可以实现不同的样品之间的耦合，多项式哈密顿可以构造由原子与光的色散相互作用引起的重复的自旋旋转和扭曲。可以预期在量子系统的有效模拟中的应用。
2017-08-11 quant-ph
Cooling trapped atoms in optical resonators
我们导出了一个方程的冷却动力学的量子运动的原子被囚禁在一个外部的潜力内的光学谐振腔。这个方程具有广泛的有效性，并允许我们确定新的制度，运动可以有效地冷却到潜在的基态。我们的研究结果表明，运动是严重影响的量子关联诱导的机械耦合与谐振器，这可能会导致选择性抑制某些跃迁的适当的参数制度，从而提高冷却效率。
2007-03-20 quant-ph
Atoms in separated resonators can jointly absorb a single photon
在单模谐振腔中，一个光子同时激发两个或多个二能级系统（量子比特）的相干非线性过程最近被理论预言。在这里，我们探讨的情况下，两个量子比特被放置在不同的谐振器中的两个或三个弱耦合谐振器的阵列。调查不同的设置和激励方案，我们表明，这个过程仍然可以发生的概率接近一个在特定条件下。所获得的结果提供了有趣的洞察微妙的因果关系问题的同时激发过程中放置在不同的谐振器的量子位。
2021-03-23 quant-ph
Cavity-QED of a leaky planar resonator coupled to an atom and an input single-photon pulse
与原子在自由空间中的演化受与周围电磁真空的多模相互作用的控制不同，腔-QED系统的演化可以仅用三个参数来表征：（i）原子-腔耦合强度g，（ii）腔弛豫速率κ，和（iii）原子衰减到非腔模的速率γ。在原子插入到具有从外部耦合的输入光束的平面谐振器中的情况下，Koshino [Phys.Rev.A73，053814（2006）]已经表明，这三个参数不仅由原子和腔特性确定，而且还由输入脉冲的空间分布确定。通过从头算方法，我们推广了Koshino的框架，确定了原子、平面（漏）腔和单光子脉冲耦合系统的腔QED参数随脉冲横向分布和腔长的变化关系.我们证实，通过适当调整脉冲的横向轮廓可以抑制原子衰变率。这种对原子衰变的主动抑制为在平面谐振器内长期存储原子量子比特的高效量子存储器开辟了一条有吸引力的途径。
2013-09-23 quant-ph
Controlled generation of field squeezing with cold atomic clouds coupled to a superconducting transmission line resonator
我们提出了一种有效的方法来控制产生场压缩的冷原子云被困在超导传输线谐振器附近。研究表明，利用传输线谐振腔中原子自旋与微波场的相干强磁耦合，通过对系统动力学的相干控制，可以产生双模或单模场压缩态.通过调节外加经典场，可以直接控制压缩的程度和准备时间。该协议为实现连续变量的可扩展片上量子信息处理提供了一个有前途的平台。
2010-02-26 quant-ph
Simultaneous optical trapping and detection of atoms by microdisk resonators
提出了一种利用微盘谐振腔的回音壁模式同时捕获和探测基片表面附近单个原子的方案。为了有效的原子模耦合，原子应该被放置在离盘大约150 nm的范围内。我们表明，红，蓝失谐模式的组合可以形成一个光学陷阱在这样的距离，而原子的反作用的场模式，可以同时用于原子检测。我们调查这些捕获势，包括范德华力和Casimir-波尔德力，并讨论相应的原子检测效率，取决于各种系统参数。最后分析了无损检测的可行性。
2006-01-23 quant-ph
Cavity Nonlinear Optics at Low Photon Numbers from Collective Atomic Motion
研究了法布里-珀罗光学谐振腔中超冷原子位移引起的克尔非线性和色散光学双稳。在驱动谐振腔中，这种集体运动是由作用在一维腔内光晶格的最低能带中制备的高达$10^5$ $^{87}$ Rb原子上的光学力引起的。原子运动相干性的寿命允许在极低的腔光子数下的强非线性光学，如通过在光子数低于1时观察光学双稳性的两个分支所证明的。
2007-09-05 quant-ph
Tuning coupling between superconducting resonators with collective qubits
通过同时耦合多个二能级人工原子到两个超导谐振器，我们设计了一个量子开关，调谐谐振器-谐振器耦合强度从零到一个大的值成比例的量子比特的数量。这个过程是通过将量子比特设计成不同的亚辐射态来实现的，其中来自不同量子比特的微波光子衰减相互破坏性地干涉，使得谐振器-谐振器耦合强度在开放环境中保持稳定。基于一个三步控制方案，我们在纳秒内切换不同的耦合强度之间的值，而不改变量子比特的跃迁频率。我们也将量子开关应用于超导共振器网络，并展示其在量子模拟和量子信息存储与处理方面的潜在应用。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-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
Collective Radiance Effects in the Ultrastrong Coupling Regime
我们研究了量子比特在超强耦合区的集体辐射特性，其中辐射见证是基于谐振子-量子比特修饰基定义的。当系统的缀饰态被共振驱动时，表现出超强的超辐射效应。有趣的是，我们发现，除了共振子-量子比特的耦合强度，宇称对称性破缺诱导的级联跃迁可以显着提高量子比特的集体辐射，这使得我们能够通过调节系统的宇称对称性与外部磁场之间的亚辐射，超辐射，超辐射之间的转变进行操纵。这一工作将集体辐射理论推广到了超强耦合区，并为新型激光器件的工程设计提供了潜在的应用。
2019-01-14 quant-ph
Controllable single-photon wave packet scattering in two-dimensional resonator array by a giant atom
本研究针对二维光子谐振器阵列与巨型原子的非局域耦合体系，通过迭代制备稳定入射波包，调节耦合强度实现单光子波包的可控对称/非对称散射，发现散射中原子激发概率可忽略，为二维体系中按需生成光子态提供新方法。
2025-07-29 quant-ph
Entanglement between distant atoms mediated by a hybrid quantum system consisting of superconducting flux qubit and resonators
研究了由空间分离的二能级原子组成的混合量子系统。两个原子不直接相互作用，但它们通过中间系统耦合，该中间系统由超导通量量子比特与耦合到其中一个原子的机械和电谐振器相互作用组成。此外，超导磁通量子比特由经典微波场驱动。应用绝热消去法，得到了原子子系统的有效哈密顿量。我们的结果表明，纠缠退化衰减以及保真度衰减的色散制度更快。此外，驱动光场的振幅对纠缠度和保真度的演化也有重要影响。
2018-09-01 quant-ph
Single-atom detection using whispering gallery modes of microdisk resonators
我们研究了利用介质微盘谐振器对基底表面附近的磁性微阱中捕获和冷却的单原子进行光学探测的可能性。利用麦克斯韦方程组的时域有限差分法计算了回音壁模的束缚场和倏逝场，并研究了回音壁模与直波导的耦合。结果进行了比较，半解析解的基础上耦合模理论。我们讨论了原子检测效率和非破坏性测量的可行性，在这样的系统中取决于关键参数，如磁盘大小，磁盘波导耦合，和散射损耗。
2004-07-28 quant-ph
Resonator-assisted quantum transduction between superconducting qubits and trapped atomic systems via Rydberg levels
提出利用共享微波谐振器和Rydberg能级实现超导量子比特与囚禁原子量子比特间的量子转换方案，探究共振与色散两种耦合协议，并在多种耗散和退相干源下评估了转移保真度。
2025-09-16 quant-ph
Interaction and entanglement engineering in driven giant atoms setup with coupled resonator waveguide
本文研究耦合谐振器波导中巨型原子的相干相互作用，通过构型与驱动相位调控有效耦合、耗散及纠缠，实现显著的Rabi劈裂纠缠和可超过近邻纠缠的次近邻纠缠增强。
2024-06-13 quant-ph
Tunable coupling between a superconducting resonator and an artificial atom
量子系统的相干操纵是当前物理学研究的重要课题之一。在本工作中，我们设计了一个电路QED系统，在保持腔频率和原子频率不变的情况下，在人造原子和超导谐振腔之间实现了可调谐耦合。通过控制外磁通量的时间依赖性，我们表明，它是可能的，从极弱耦合制度的超强耦合的相互作用。利用量子微扰理论，我们得到了耦合强度与外磁通量的关系。为了证明它在量子模拟和量子计算领域的可靠性，我们研究了它对噪声的敏感性。
2018-06-06 quant-ph
Supercooling of Atoms in an Optical Resonator
研究了光学腔中原子系综的激光冷却。我们表明，当原子偶极子在稳态超辐射的制度同步，原子的运动可能会受到巨大的摩擦力，导致潜在的非常低的温度。最终的温度极限由修改后的原子线宽决定，其可以比腔线宽小几个数量级。超辐射进入腔模的冷却速率增强，即使对于具有超窄线宽的偶极跃迁也允许合理的冷却速率。
2015-12-11 quant-ph
YBCO microwave resonators for strong collective coupling with spin ensembles
用330 nm厚的超导YBCO材料制作了共面微波谐振器，并在宽的温度（$T$，2-100 K）和磁场（$B$，0-7 T）范围内进行了表征。在55 K以下，品质因子$Q_L$超过10 $^4$，并且随着场的增加而略微减小，对于$B=7$ T和$T=2$ K，保持$Q_L(B=0)$的90 $\%$。这些特征允许共振光子与自旋系综在有限温度和磁场下的相干耦合。为了证明这一点，集体强耦合是通过使用DPPH有机自由基放置在基模的磁波腹：面内磁场被用来调整在7.75 GHz的单模腔共振的自旋频率间隙分裂，其中观察到清晰的反交叉与分裂一样大的$\sim 82$在$T=2$ K。自旋腔集体耦合率的规模作为积极的自旋在合奏的数量的平方根。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information processing with single photons and atomic ensembles in microwave coplanar waveguide resonators
我们表明，光激发到里德伯态的原子对可以通过有效的长程偶极-偶极或范德华相互作用相互强烈相互作用，介导的非共振耦合到超导共面波导腔的公共微波场模式。这些腔介导的相互作用可以用于产生单光子，并在可扩展的配置中实现在电磁感应透明的机制中以原子系综传播或存储的单光子脉冲对之间的通用相位门。
2008-02-15 quant-ph
Collectivity-assisted ground state cooling of a nanomechanical resonator
我们讨论了冷却的纳米机械谐振器的机械基态耦合到一个集体系统的两个相互作用的通量量子比特。我们发现，集体至关重要地改善冷却两种机制。首先，冷却过渡通过子辐射迪克状态进行，并且这些子辐射状态的减小的线宽抑制散射和环境对最终声子数的贡献。第二，有害的载流子激发而不改变谐振器的运动被集体能量转移抑制。
2009-12-10 cond-mat.supr-con quant-ph
High Quality Stepped-Impedance Resonators Suitable for Circuit-QED Measurement of Superconducting Artificial Atoms
高品质因数共面谐振器是超导量子线路中的关键元件。我们描述了阶梯阻抗谐振器（SIR）的设计，制造和测量，这是更紧凑的尺寸比常用的均匀阻抗谐振器（UIR）。通过适当选择阻抗比，SIR可以比UIR短27%。其结果是，能够减少SIR所占据的面积。制作并测试了两种同时包含SIR和UIR的设计。所有谐振器的提取的内部品质因数（Qi）的功率依赖性表明，SIR和UIR具有可比的性能，在单光子激发下Qi约为50万。这些结果表明，SIR可以用于超导量子线路。SIR的减小的尺寸还可以导致减小的总体电路面积和增加的集成水平。
2017-10-27 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
Vacuum-field atom trapping in a wide aperture spherical resonator
我们考虑了一个二能级原子被放置在一个具有大数值孔径的球腔中心附近的情况。腔中心的真空场实际上与微腔中的真空场等效，原子自发发射的耗散和反应部分都被显著地修改。通过对辐射弛豫速率和能级位移的空间依赖性的精确计算，我们证明了在弱激发光场作用下，真空诱导的光位移可以将原子吸引到腔中心。
2005-01-17 quant-ph
Coherent control of photon transmission : slowing light in coupled resonator waveguide doped with $Λ$ Atoms
在本文中，我们提出并研究了一种混合机制的光子相干传输的耦合谐振腔光波导（CROW）的可控带隙结构的电磁感应透明（EIT）效应。在这里，系统的结构设置由一个均匀耦合的CROW和每个腔中掺杂$Λ$型三能级的人工原子组成。三能级的作用完全考虑的基础上的平均场的方法，其中的三能级原子的集合集体表现为双模自旋波。研究表明，耦合玻色子模型可以有效地描述原子系综低激发态的动力学行为。精确解表明，通过对经典光场的精确控制，可以实现光脉冲的相干停止和存储。
2007-07-21 quant-ph
Spectral Properties of Two Superconducting Artificial Atoms Coupled to a Resonator in the Ultrastrong Coupling Regime
本研究实验探究了两个磁通量子位超强耦合至同一LC谐振器的超导电路，观测到免能级交叉与谱不对称性两种现象，为片上量子光学与量子信息新过程研究提供了新平台。
2025-05-19 quant-ph
Cooling of a single atom in an optical trap inside a resonator
我们提出了详细的讨论冷却和捕获机制的原子在光阱内的光学腔，有关最近的实验。腔量子电动力学和囚禁场在空间的干涉图样使得囚禁阱可以相互区分。这为创造有效的捕获和冷却条件以及检测可能性增加了相当大的灵活性。摩擦和扩散系数计算和超越低激发极限和完整的3-D模拟Cs原子的准经典运动进行。
2001-02-13 quant-ph
Extensible quantum simulation architecture based on atom-photon bound states in an array of high-impedance resonators
对量子发射器的电磁环境进行工程设计，会产生大量奇异的光-物质相互作用。特别地，光子晶格可以在光子带隙内播种长寿命的原子-光子束缚态。在这里，我们报告的概念和实现的一种新的微波架构组成的阵列的紧凑，高阻抗超导谐振器形成1 GHz宽的通带，其中我们已经嵌入了两个频率可调的人工原子。我们研究了原子场相互作用和访问以前未探索的耦合制度，在单和双激发子空间。此外，我们证明了两个原子-光子束缚态之间的相干相互作用，在共振和色散制度，这是适用于SWAP和CZ两个量子比特门的实施。所提出的结构有望用于具有可调范围相互作用的量子模拟和非线性区域的光子输运实验。
2021-07-14 quant-ph
Single-photon scattering and bound states in an atom-waveguide system with two or multiple coupling points
本文研究了一维耦合腔波导中的单光子散射和束缚态，该波导与单个人造巨原子有两个或多个耦合点耦合。当原子通过两个谐振腔耦合到波导时，单光子反射率可以用Breit-Wigner或Fano线形来表征。当原子通过多个谐振腔耦合到波导中时，我们数值计算了相消干涉效应如何导致完全的单光子反射。在多谐振腔耦合情况下，我们还发现了一个相变现象，这表明只有当原子与波导的耦合强度超过一个临界值时，才存在上限态。
2020-05-05 quant-ph
Theoretical formalism for collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个一般的形式主义来描述的近共振电磁场的传播磁介质谐振器组成的介质。由于超材料阵列中纳米制造谐振器的尺寸和空间间隔通常小于波长，因此我们将其描述为离散散射体，支持由单个动态变量表示的电流振荡的单模。我们推导出拉格朗日和哈密顿形式的耦合电磁场和振荡电流的长度规范，得到的Power-Zienau-Woolley变换。每个谐振器对电磁场的响应然后由极化和磁化密度描述，极化和磁化密度在多极展开中的最低阶，产生电和磁偶极子激励。我们推导出一组封闭的方程的相干散射场和正常模式的振幅的电流振荡的每个谐振器内的旋转波近似，在这种情况下的辐射衰减率是远远小于谐振频率，没有这样的假设。方程组包括由电磁场介导的一组离散谐振器之间的辐射耦合，完全将经常性散射过程纳入所有阶次。通过考虑一个二维开口环谐振器超材料阵列的例子，我们表明，该系统的响应合作近共振场，表现出集体本征模，谐振频率，和辐射线宽，从紧密间隔的谐振器之间的强辐射相互作用的结果。
2012-08-08 physics.optics quant-ph
Strong Interactions of Single Atoms and Photons near a Dielectric Boundary
现代光学物理研究已经实现了在腔量子电动力学（cQED）框架下对单原子与单光子之间强相互作用的量子控制。然而，为了超越涉及一个或两个常规光学腔的当前原理验证实验，以采用N >> 1个显微镜谐振器的更复杂的可扩展系统，需要将单个原子定位在距离谐振器表面< 100 nm的距离尺度上。在这种情况下，一个原子可以强烈耦合到一个单一的腔内光子，而在同一时间经历显着的辐射与谐振腔的介电边界的相互作用。在这里，我们报告了进入这个新的cQED制度的第一步，通过实时检测和高带宽反馈来选择和监测从微环形光学谐振腔表面定位~100 nm的单个铯原子。我们利用原子与腔场的强辐射相互作用来探测原子在腔场中的运动。直接的时间和光谱测量揭示了Casimir-Polder吸引力的重要作用和原子-腔动力学的明显量子性质。我们的工作为在量子信息科学中的应用中捕获微米和纳米光学谐振器附近的原子奠定了基础，包括创建由许多原子-腔系统组成的可扩展量子网络，这些系统通过单光子的相干交换进行相干相互作用。
2010-11-02 quant-ph
Stationary entanglement of photons and atoms in a high-finesse resonator
我们预言原子阵列的集体激发在适当耦合时会与高精细度腔模的光纠缠。这种纠缠是Einstein-Podolsky-Rosen型的，它对腔损耗是鲁棒的，并且是耦合系统的平稳特性。它是在原子阵列沿腔轴排列并由激光横向驱动时产生的，当光子相干散射到腔模中时，由于相位失配而被抑制。我们确定的参数制度下，纠缠被发现，并表明这些是兼容的现有的实验设置。
2014-02-05 quant-ph
Superconducting Qubit-Resonator-Atom Hybrid System
我们提出了一个混合量子系统，其中一个$LC$谐振腔与一个通量量子比特感应相互作用，并与一个里德伯原子电容耦合。改变外部磁通量偏置控制通量量子位翻转和通量量子位谐振器界面。利用静电场对原子光谱进行调谐，控制原子的量子位态跃迁和原子与谐振腔的耦合。通过简单地调节磁通偏置和静电场，可以制备超导、光子和原子量子比特的不同类型的纠缠，从而实现三量子比特Toffoli逻辑门。
2017-06-29 physics.atom-ph quant-ph
Bose-Einstein condensate coupled to a nanomechanical resonator on an atom chip
本文从理论上研究了玻色-爱因斯坦凝聚态原子与纳米磁悬臂梁的耦合。这是一个实验上可行的混合量子系统，它允许人们探索量子光学和凝聚态物理的接口。我们提出了一个实验，容易检测到的原子自旋翻转引起的悬臂梁运动。这可以用来探测带有原子的悬臂的热振荡。在低的悬臂梁温度下，在最近的实验中实现的原子到悬臂梁上的反作用是显着的，该系统代表了腔量子电动力学的机械模拟。高但现实的悬臂梁品质因数，强耦合制度可以达到，无论是与单个原子或集体与玻色-爱因斯坦凝聚体。我们讨论一个原子芯片上的实现。
2007-10-04 quant-ph
Mechanical effects of optical resonators on driven trapped atoms: Ground state cooling in a high finesse cavity
我们从理论上研究了光场对原子的力学效应，原子被一个外势阱捕获，它的偶极跃迁耦合到一个光学谐振腔的模式，并由激光驱动。我们推导了量子质心动力学的解析表达式，该表达式在紧外势的情况下是有效的。这个方程具有广泛的有效性，并允许一个透明的解释导致冷却的个人散射过程。我们表明，动力学是一个竞争的机械效应的腔和激光光子，这可能会相互干扰。我们专注于好腔的限制，并确定新的冷却方案，这是基于量子干涉效应，并导致有效的基态冷却实验可访问的参数制度。
2007-03-21 quant-ph
Controlling atom-photon bound states in a coupled resonator array with a two-level quantum emitter
本文研究一维耦合谐振器阵列中二能级量子发射体形成的原子-光子束缚态，揭示带外离散能级数目变化所标志的量子相变，并分析耦合不对称对光子波函数方向性的影响。
2024-01-18 quant-ph
Resonator-assisted single-photon frequency convertion in a conventional waveguide with a giant V-type atom
Hunan Normal University（湖南师范大学）；Institute of Interdisciplinary Studies, Hunan Normal University（湖南师范大学跨学科研究院）
该研究通过V型巨原子与共振器的耦合，实现单光子在波导中的非互易频率转换，通过调节光子数提升转换效率。
2025-12-08 quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics Effects with Nitrogen Vacancy Center Spins in Diamond and Microwave Resonators at Room Temperature
在低温微波谐振腔中研究了金刚石中氮空位中心自旋的腔量子电动力学（C-QED）效应，如Rabi分裂、Rabi振荡和超辐射。在这篇文章中，我们探讨了在室温下实现强集体耦合的可能性以及由此产生的自旋系综C-QED效应。热环境对单个自旋的热激发导致具有低对称性和降低的集体自旋-微波场耦合的集体Dicke态的布居。然而，我们的模拟表明，热激发可以通过光学泵浦的自旋冷却补偿。由此产生的具有更高对称性的Dicke态的布居意味着与当前可用的高质量谐振器的强耦合，并且使室温下的C-QED效应在量子传感和量子信息处理中具有潜在的应用。
2021-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Quantum light by atomic arrays in optical resonators
研究了原子与高精细光学谐振腔模式耦合并受激光驱动时，原子阵列的光散射。当von-Laue条件不满足时，腔模中没有相干辐射，后者是通过非弹性散射过程泵浦的。我们考虑这种情况，并确定不同的非线性光学过程可能发生的条件。我们表明，这些过程可以通过适当地调整激光和腔耦合的强度，激光和腔轴之间的角度，和阵列的周期性来控制。当系统既可以作为简并参量放大器工作，又可以作为反聚束光源工作时，我们描述了光的相干特性。我们的研究使我们能够识别的原子阵列和相应的参数制度的非线性光学响应的各个多光子组件，从而在原则上允许一个控制介质的非线性光学响应。
2011-08-22 quant-ph
Collective electromagnetic response of discrete metamaterial systems
我们开发了一个通用的形式主义来描述一组离散的等离子体共振器介导的电磁场之间的相互作用。由此产生的系统的方程为紧密间隔的元原子代表一个合作的超材料响应，我们发现，集体之间的相互作用安排在一个二维晶格的非对称开口环谐振器解释了最近的实验观察系统尺寸相关的传输谐振线宽变窄。我们进一步表明，这种合作窄化依赖于敏感的晶格间距。
2010-12-17 physics.optics quant-ph
Observation of Strong Coupling between One Atom and a Monolithic Microresonator
在过去的十年中，光和物质在单光子水平上的强相互作用使量子光学和量子信息科学取得了广泛的科学进展。这项工作主要是在腔量子电动力学的设置与不同的物理系统，包括法布里-珀罗谐振器中的单原子，量子点耦合到微柱和光子带隙腔，和库珀对与超导谐振器相互作用。单原子局域化实验一直处于这些进展的最前沿，在高精细法布里-珀罗配置中使用光学谐振器。由于进一步改进这些谐振器的多层介质镜涂层和按比例缩放到大量器件中所涉及的极端技术挑战，人们对开发替代微腔系统的兴趣增加。在这里，我们表现出强耦合的单个铯原子和高品质的环形微谐振器的字段之间。通过观察单个原子通过谐振腔的倏逝场下降的过境事件，我们确定了共振器表面附近的相互作用的相干耦合率。我们开发了一个理论模型来量化我们的观察，表明实现了强耦合，相干耦合的速率超过了原子和腔的耗散率。我们的工作为研究光刻微谐振器中单原子和光子的光学过程开辟了道路。其应用包括量子网络的实现，光子的可扩展量子逻辑，以及原子芯片上的量子信息处理。
2006-09-04 quant-ph
Heralded quantum controlled phase gates with dissipative dynamics in macroscopically-distant resonators
具有集成错误检测的预示性近确定性多量子位控制相位门最近已经由Borregaard等人[Phys.Rev.Lett. 114，110502（2015）]。该协议是基于一个单一的四能级原子（一个先驱quartit）和$N$三能级原子（操作quartit）耦合到一个单一的谐振腔模式作为腔总线。在这里，我们推广这种方法的两个遥远的谐振腔之间的先驱和操作原子没有腔总线。具体来说，我们分析了双量子比特控制的Z门及其多量子比特控制的推广（即，Toffoli类门）作用于一个谐振器内的$N$量子点的两个最低能级，它们的成功动作由另一个谐振器内的辅助微波驱动量子点预示。此外，我们提出了一个电路量子电动力学实现的协议与通量和相位qudits在线性耦合传输线谐振器的耗散。与腔辅助确定性门相比，这些方法提供了二次保真度改进。
2017-07-12 quant-ph
Nondestructive interaction-free atom-photon controlled-NOT gate
我们提出了一个概率（理想情况下50%）的非破坏性相互作用的原子-光子控制非门，其中非破坏性意味着所有四个传出的目标光子模式的门是可用的和前馈。单个原子由受激拉曼绝热通道跃迁控制，光子由具有两个出射端口的环形谐振腔控制。现实的估计，我们得到的离子被限制在保罗陷阱周围的谐振器安装显示，可以实现强的原子-光子耦合。它还示出了如何可以用于控制原子态的叠加的谐振腔。
2007-08-17 quant-ph
Quantum interference and controllable magic cavity QED via a giant atom in coupled resonator waveguide
该研究分析双位点耦合 CRW 的巨型原子动力学，利用连续谱内外束缚态干涉实现光子束缚，并提出可在完美腔与泄漏腔间调控的魔法腔 QED 模型。
2023-07-12 quant-ph
Superconducting Resonator-Rydberg Atom Hybrid in the Strong Coupling Regime
我们提出了一个很有前途的混合量子系统，其中高激发态原子通过电容器的电场与超导LC振荡器发生强相互作用。外加一个静电场来调谐原子的能谱。在里德伯原子的DC斯塔克映射中，原子量子比特由两个本征态在一个避免的能级交叉处实现。改变静电场使原子-量子比特跃迁与微波谐振器共振或非共振，从而导致具有极大协同性的强原子-谐振器耦合。与超导电路中的约瑟夫森结引起的非线性效应类似，大的原子-谐振腔界面会扰动谐振腔的谐振势，从而产生一个人工二能级粒子。不同的通用双量子位逻辑门也可以在我们的混合系统中执行，在该空间中，原子量子位耦合到单个光子，其相互作用强度远远大于任何弛豫速率，为腔介导的状态传输打开了大门。
2016-11-16 physics.atom-ph quant-ph
Coherent control of single photons in the cross resonator arrays via the dark state mechanism
本文研究了两个耦合谐振腔阵列的简正模与一个？型原子局域化的交叉共振器。研究发现，由于Fano-Feshbach效应的基础上的暗态的？-型原子，光子在一个阵列中的转移可以很好地控制在另一个阵列中的光子的束缚态。这种概念性的结构可以在实际的腔QED系统中实现，从而实现单光子的量子开关。
2013-01-06 quant-ph
Microwave-to-optical frequency conversion using a cesium atom coupled to a superconducting resonator
将量子信息从微波频率转换为光频率的候选方案是使用一方面与超导微波谐振器相互作用另一方面与光学腔相互作用的单个原子。里德伯态所具有的大电偶极矩和微波跃迁频率使它们能够与超导器件强耦合。然后可以使用激光将里德伯跃迁连接到光学跃迁以实现转换。由于在这个过程中的基本噪声源是来自原子水平的自发发射，因此产生的控制问题涉及选择驱动激光器的脉冲形状，以便最大化传输速率，同时最小化该损耗。在这里，我们考虑铯原子的具体例子，以及转换循环中使用的两个具体选择。在假设自发发射是唯一重要的误差源的情况下，我们使用数值优化来确定使用该设备可以实现的可靠量子通信的可能速率。这些速率是每秒几兆量子比特的量级。
2017-05-17 quant-ph
Coupling Rydberg atoms to microwave fields in a superconducting coplanar waveguide resonator
在超导共面波导谐振腔中实现了超声脉冲束中里德堡氦原子与微波场的耦合。通过双色双光子激光从亚稳态1 s2 s $^3$ S $_1$能级激发，在1 s55 s $^3$ S $_1$里德堡能级上制备原子。在四分之一波长共面波导谐振器中，利用19.556 GHz三次谐波微波场驱动1 s55 s $^3$ S $_1$和1 s56 s $^3$ S $_1$能级之间的双光子微波跃迁.这种超导微波谐振器是由硅衬底上的氮化铌制成的，工作温度在3.65 - 4.30 K之间。实验中里德伯能级的布居由选态脉冲电场电离确定。通过拉比振荡的时域测量研究了原子-谐振腔耦合的相干性。
2020-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Ultrastrong coupling between a microwave resonator and antiferromagnetic resonances of rare earth ion spins
量子磁效应是利用微波与磁有序自旋系统之间强集体耦合的一个新兴而活跃的研究领域。到目前为止，量子磁振子的工作主要集中在过渡金属和几乎完全在钇铁石榴石（YIG）的铁磁共振。反铁磁系统由于不产生杂散场而受到关注，因此对磁扰动具有鲁棒性，并且具有窄的、形状无关的谐振线宽。在这里，我们展示了第一个实验证据之间的微波腔和集体反铁磁共振（磁振子）在稀土晶体的超强耦合。稀土元素独特的光学和自旋性质与集体反铁磁有序的结合为新的量子磁子应用铺平了道路。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
