Two-photon spontaneous emission in atomically thin plasmonic nanostructures
在少光子水平上利用光-物质相互作用的能力在量子技术中起着关键作用。单光子-光的最基本状态-可以在原子和固态发射器中按需产生。双光子态也是关键的量子资产，但在单个发射器中实现它们是具有挑战性的，因为它们的生成速率比竞争性的单光子过程慢得多。我们证明了原子薄的等离子体纳米结构可以利用双光子自发发射，从而产生巨大的远场双光子生产，丰富的共振模式，使定制的光子和等离子体纠缠态，等离子体辅助的单光子创建数量级比标准的单光子发射更有效。我们解开的双光子自发发射渠道，并显示其谱线的形状出现从一个复杂的相互作用之间的法诺和洛伦兹共振。二维纳米结构中增强的双光子自发发射为片上量子信息处理和自由空间量子通信开辟了另一种有效的光-物质纠缠源。
2020-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Geometry induced entanglement transitions in nanostructures
我们使用一个一维系统的两个相互作用的电子模型的量子点纳米结构。我们表明，强烈和快速的变化可能会引起通过改变纳米结构的几何形状在空间纠缠。我们研究了位置空间信息熵作为该系统纠缠度的指标。我们还考虑了库仑相互作用的期望值和这个期望值与约束势的期望值的比值以及它们与纠缠的联系。我们通过纠缠的一阶导数和位置空间信息熵来推断可能的量子相变。
2010-03-19 cond-mat.str-el quant-ph
Routing surface plasmons by a quantum-dot nanostructure: nonlinear dispersion effects
在量子信息处理中，通常采用单量子发射器的线性波导作为路由器来构建量子网络。在这里，我们研究了非线性色散对单表面等离子体激元的量子路由的影响，两个金属纳米线与一对量子点之间。利用实空间中的全量子理论，我们得到了单个表面等离子体激元在一对量子点散射下进入两个等离子体激元波导的四个出口的路由概率。结果表明，通过适当地设计点间距离和点-等离子体激元耦合，表面等离子体激元在等离子体激元波导通道之间的路由能力可以显著高于由具有线性色散的单发射极波导形成的相关网络。有趣的是，目前的二次色散在波导传递的表面等离子体激元输运的明显Fano样的共振。因此，所提出的双点配置可以用作用于控制等离子体波导中的表面等离子体激元路由的鲁棒量子路由器和等离子体Fano类共振控制器。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Detection and Cloaking of Molecular Objects in Coherent Nanostructures Using Inelastic Electron Tunneling Spectroscopy
我们在纳米级量子结构中的电子学背景下解决量子不可见性。我们利用自由的设计，量子畜栏提供和显示，量子力学对象可以隐藏在畜栏内，相对于非弹性电子散射光谱结合扫描隧道显微镜，我们提出了一个设计策略。一个简单的说明的不可见性给出了一个椭圆量子围栏包含一个分子，与本地振动模式，在一个焦点。我们的工作对量子信息技术具有重要意义，并为非局域量子检测和区分不同分子提供了新的工具。
2010-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Information Processing and Entanglement in Solid State Devices
对电子自旋态的控制，如相干操纵、滤波和测量，有望在传统以及量子计算和量子通信中获得新技术。本文综述了最近提出的利用量子受限结构中的电子自旋作为量子比特的理论方案。我们还提出了一个理论上的建议，测试贝尔不等式在纳米电子器件。我们证明了在纳米结构半导体/铁磁半导体/半导体结的自旋过滤效应中可以检测到两个电子自旋的纠缠。特别是，我们展示了如何通过测量该设置中的电流-电流关联函数来测试贝尔不等式。
2004-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically coherent nitrogen-vacancy defect centers in diamond nanostructures
光学活性的固态自旋缺陷具有成为量子信息处理应用的多用途资源的潜力。金刚石中的氮空位缺陷中心（NV）充当量子存储器，并且可以通过相干光子进行接口，如纠缠协议所示。然而，特别是在金刚石纳米结构中，光谱扩散的影响导致光学退相干，阻碍纠缠的产生。在这项工作中，我们提出的策略，以显着降低金刚石纳米结构的电噪声。我们展示了纳米柱中的单NV，其在一秒的时间尺度上表现出寿命有限的线宽，并且在三分钟内具有低至150 MHz的非均匀线宽的长期光谱稳定性。激发功率和能量相关的测量结合纳米蒙特卡罗模拟有助于更好地了解体积和表面缺陷对NV的光谱特性的影响。最后，我们提出了一个纠缠协议的纳米结构耦合的NV提供纠缠产生速率高达数百kHz。
2022-03-10 physics.optics quant-ph
Purcell-enhanced dipolar interactions in nanostructures
强的光诱导原子间相互作用会引起少光子水平的非线性，这对量子信息处理的应用至关重要。与自由空间相比，介电环境可以增强原子的散射和光致偶极相互作用。对于该\emph{Purcell effect}，可以使用腔或波导。在这里，我们结合了热原子蒸汽中可实现的高密度与缝隙波导的有效耦合。与自由空间相互作用相反，在狭缝内排列的原子表现出排斥相互作用，由于Purcell效应，这种排斥相互作用进一步增强了8倍。相应的蓝移的过渡频率的原子排列在基本上是一维的几何形状以上的饱和消失，提供了一个可控的非线性在少光子水平。实验结果与包括介电环境、偶极相互作用和运动效应的蒙特卡罗模拟吻合得很好。这些结果为量子非线性光学和室温下的全光量子信息处理奠定了基础。
2021-12-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Narrow-linewidth homogeneous optical emitters in diamond nanostructures via silicon ion implantation
金刚石中带负电荷的硅空位（$\mathrm{SiV}^{-}$）中心是一个明亮的不可分辨的单光子源，也是量子信息协议中的有用资源。到目前为止，$\mathrm{SiV}^{-}$中心具有窄的光学线宽和小的不均匀分布的$\mathrm{SiV}^{-}$跃迁频率仅在金刚石生长过程中掺杂硅的样品中被报道。我们提出了一种技术，用于生产植入$\mathrm{SiV}^{-}$中心，几乎寿命有限的光学线宽和一个小的不均匀分布。这些性质在纳米纤维化后仍然存在，为将高质量的$\mathrm{SiV}^{-}$中心并入纳米光子器件铺平了道路。
2016-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Spins in Nanostructures
我们回顾了最近的理论和实验进展，了解核自旋在受限纳米结构的影响。这些系统包括量子点、缺陷中心和分子磁体，它们在量子信息处理设备中的重要性特别令人感兴趣，这些设备旨在以高精度相干操纵单电子自旋。一方面，受限电子自旋和核自旋环境之间的相互作用为电子提供了退相干源，另一方面，可以用于执行局部相干旋转的强有效磁场。大量的努力已经指向了解相关的退相干过程的细节，并找到新的方法来操纵耦合的电子-核系统。一系列引人注目的新结果提供了对自旋浴退相干、核自旋扩散、通过动态极化制备核态以及通过“态窄化”更一般地操纵核自旋密度矩阵的理解。这些结果证明了这个物理系统的丰富性，并为未来带来了许多新的奥秘。
2009-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Smart Nanostructures and Synthetic Quantum Systems
到目前为止，提出的量子计算机使用脆弱和环境敏感的自然量子系统。在这里，我们探讨的概念，适合于量子计算的合成量子系统可以从智能纳米结构使用拓扑激发的神经型网络，可以模仿自然量子系统。这些发展是过程物理学的技术应用，过程物理学是现实的语义信息理论，其中空间和量子现象是涌现的。
2001-11-05 quant-ph
Experimental investigations of the problem of the quantum jump with the help of superconductor nanostructures
我们现在所知道的量子理论，是在它的创造者之间激烈争论的过程中产生的。这些争论的结果之一是近年来出现了全新的研究和技术领域--量子信息和量子计算。量子理论的创立者之间的一个争论主题是量子跃迁。我们提请注意这个问题的实验研究的可能性与量子超导体纳米结构的帮助。实验的第一个结果，其中的矛盾性表明问题的相关性。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Storing quantum information for 30 seconds in a nanoelectronic device
半导体中电子或原子核的自旋[1]自然地实现了量子信息的单位-量子比特-同时提供了与现有电子工业的技术联系[2]。然而，固态环境可能会在量子位和周围原子的核自旋之间提供有害的相互作用[3]，或者在缺陷，氧化物和界面中提供电荷和自旋波动[4]。对于IV族材料，例如硅，自旋零28-Si同位素的富集大大降低了自旋浴退相干[5]。28-Si晶体中体自旋系综的实验确实证明了非凡的相干时间[6-8]。然而，目前还不清楚这些是否会持续在单自旋水平，在门控纳米结构附近的非晶界面。在这里，我们提出了一个顶栅纳米结构，同位素工程28-Si衬底上制造的个别31-P电子和核自旋量子比特的相干操作。我们报告了固态任何单个量子位的相干时间（> 30秒）和控制保真度（> 99.99%）的新基准，并进行了详细的噪声光谱学[9]，以证明-与普遍的看法相反-相干性不受界面附近的限制。我们的研究结果代表了控制和理解纳米结构中的自旋量子位的根本性进展。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Phase Extraction in Isospectral Electronic Nanostructures
量子相位不是直接可观测的，通常通过干涉方法来确定。我们提出了一种方法来映射完整的电子波函数，包括内部量子相位信息，从测量的单态概率密度。我们利用数学发现的鼓状流形轴承不同的形状，但相同的共振，并构建量子等谱纳米结构具有匹配的电子结构，但不同的物理结构。这些“量子鼓”[Cu（111）表面上由单独定位的CO分子限制的简并二维电子态]的量子测量（扫描隧道显微镜）揭示了等谱性提供了额外的拓扑自由度，使得能够进行稳健的量子态移植和相提取。
2008-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Excitation spectrum of a multilevel atom coupled with a dielectric nanostructure
本研究提出一种微观计算方案，分析与介电纳米结构耦合的多能级原子激发谱，数值模拟验证特定构型下的强耦合效应，为量子接口及量子信息处理提供新方向。
2023-12-14 quant-ph
Condensed Matter Laboratory: new application for quantum simulation
本文介绍了凝聚态物质实验室（CML）应用密度泛函理论模拟固体和纳米结构，计算它们的不同性质，并利用紧束缚近似下的格林函数理论计算不同体系的声子和自旋相关或独立的电子性质。此外，它可以用于使用统计力学计算固体和纳米结构的热力学性质。CML是一个跨平台的应用程序，具有用户友好且易于使用的图形用户界面设计。该应用程序是用c++和fortran编写的，具有并行处理能力。为了显示这种应用的灵活性，提出了一些原因。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-Information Processing with Semiconductor Macroatoms
提出了一种利用半导体宏原子实现量子信息处理的全光方案。我们的量子硬件由半导体量子点阵列组成，计算自由度是能量选择的带间光跃迁。所提出的量子计算策略利用了由多色激光脉冲的超快序列驱动的激子-激子相互作用。与现有的基于电荷激发的提议相反，本发明的全光学实施方式不需要施加时间相关的电场，从而允许在现实的最先进的半导体纳米结构中的亚皮秒（即，无退相干）操作时间尺度。
2000-10-19 cond-mat quant-ph
Topics in Quantum Dynamics and Coherence for Quantum Information Processing
我们概述了选定的趋势和结果，在理论建模的量子系统，以支持发展中的研究领域的量子信息处理。由此产生的建模工具已被应用于半导体材料和纳米结构，显示出在几个量子位（量子位），如自旋寄存器的水平上实现相干，受控量子动力学的希望。多体场论技术已被用来解决各种各样的研究课题。具体而言，退相干理论，更一般地说，量子噪声的起源和影响，以及量子比特和多量子比特寄存器的量子动力学中的纠缠损失已经被提出。通过间接交换相互作用的量子比特耦合机制已经被研究，并且量子计算设计已经被评估用于可扩展性。我们概述了一般和具体的研究挑战，解决方案将推进“开放量子系统“建模领域，以进一步了解环境影响如何影响量子相干性及其在量子动力学过程中的损失。
2009-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Novel qubits in hybrid semiconductor-superconductor nanostructures
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；IBM Research Europe（IBM欧洲研究院）；Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（西班牙高等科学研究委员会）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)（马德里材料科学研究所）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；New York University（纽约大学）
本文介绍了一种结合半导体和超导量子比特优点的新量子比特结构，通过门控约瑟夫森耦合实现电场控制，并探索了其在拓扑保护量子信息处理中的应用潜力。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Level shift and decay dynamics of a quantum emitter around plasmonic nanostructure
提出了一种计算任意纳米结构中发射体量子能级位移的一般方法，该方法中发射体的能级位移用散射光子格林函数（GF）的实部与光子GF的虚部在实频率范围内的简单积分之和表示，无需求主值.与直接在正频率轴上进行主值积分的方法和转移到虚频率轴上的方法相比，该方法避免了主值积分和虚频率散射GF的计算。此外，散射光子GF的频率范围要窄得多，足以得到收敛的结果。它是数值模拟的情况下，量子发射器（QE）位于周围的纳米球和间隙等离子体纳米腔。发射极的量子动力学计算采用了时域方法和频域方法，前者通过求解第二类Volterra积分形式的薛定谔方程，后者基于演化算符的格林函数表达式。结果表明，频域方法需要的散射GF的信息在一个更窄的频率范围内。此外，观察到可逆动力学。这些发现在相干光-物质相互作用领域具有指导意义。
2019-02-18 quant-ph
Design, Fabrication and Characterization of nanoplasmonic lattice for trapping of ultracold atoms
芯片上的超冷原子阱增强了原子阱在量子信息处理、传感和计量中的实际应用。等离激元近场光学势是一种很有希望的原子囚禁方法。等离子体纳米结构和超冷原子的组合具有创建中性原子的二维阵列的潜力，其晶格间距小于由干涉光场创建的晶格--光晶格。我们报道了利用等离子体纳米结构设计、制作和表征中性原子的近场光阱纳米阵列。阵列的构建块是在ITO涂覆的玻璃基板的表面上制造的金属纳米盘。采用时域有限差分法数值模拟了纳米盘周围的电磁场分布，计算了$^{87}$ Rb原子的强度、光学势和偶极力。从制造的纳米结构产生的光学近场的实验特征在于通过使用近场扫描光学显微镜。我们发现当蓝失谐光场用于激发纳米结构时，光学势和偶极力具有捕获冷原子所需的所有特性。该阱可用于有效捕获和操纵孤立原子，也可用于产生具有亚光波长晶格间距的中性原子晶格。针尖对亚波长结构的影响会影响近场测量。我们提出了一种反褶积方法，从测量数据中提取实际的近场轮廓。
2018-10-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Narrow optical transitions in erbium-implanted silicon waveguides
实现可扩展的量子信息处理体系结构是量子科学面临的主要挑战。一种有前途的方法是基于纳米结构中的发光体，其通过光耦合。在这里，我们表明，铒掺杂剂可以重复集成在定义良好的晶格位置注入到纯硅。因此，我们实现了一个狭窄的非均匀加宽，小于1 GHz，强的光学跃迁，和一个杰出的光学相干性，即使在8 K的温度下，具有约10 kHz的均匀线宽的上限。因此，我们的研究介绍了一个有前途的材料平台，实现片上量子存储器，微波-光转换，和分布式量子信息处理。
2022-10-28 cond-mat.other physics.optics quant-ph
