Multiphoton non-local quantum interference controlled by an undetected photon
量子干涉是量子物理学的核心。单量子干涉的多体概括产生了纠缠，即几个量子共享的状态的相干叠加。纠缠允许多个量子之间的非定域关联，因此是量子信息技术的关键资源。纠缠通常被认为是创造非局部相关性的必要条件，表现为多体干涉。在这里，我们表明，这是不是这样的情况下，并证明多光子非局域量子干涉没有纠缠的任何固有的光子属性。我们利用四光子乘积态的物理起源的叠加，这导致光子的单纯存在的建设性和相消干涉。利用光子产生过程中的内在不变性，实现了四光子受抑量子干涉。我们还建立了多体量子干涉的非局域控制，其中我们调整一个未检测到的光子的相位，并观察其他三个光子的干涉。我们的工作为非定域性的基础研究和量子技术的潜在应用铺平了道路。
2023-03-23 physics.optics quant-ph
Quantum Interference between Photons and Single Quanta of Stored Atomic Coherence
光子的不可逆性对于在远程独立节点上构建量子网络至关重要，人们已经通过观察Hong-Ou-Mandel干涉仪中的重合谷来广泛研究光子的不可逆性。然而，不相容性并不局限于同一类型的玻色子。在此，我们第一次观察到在原子-光分束器界面中飞行的光子和存储的原子相干性（磁振子）的单个量子之间的量子干涉。我们证明了这种界面的厄米性决定了光子和磁振子之间的量子干涉类型。因此，不仅观察到玻色子的聚束行为，而且还观察到反聚束现象。所展示的磁振子-光子量子接口的混合性质可以应用于多功能量子存储器平台，并且可以导致与玻色子采样中发生的光子分布根本不同的光子分布。
2022-02-25 physics.atom-ph quant-ph
QND measurements of photon number in monolithic microcavities
我们重新审视的想法，量子非爆破测量（QND）的光学量子通过共振增强克尔非线性考虑到量子反作用，并表明单片微腔，使QND测量的量子数在弱信号场使用空间重叠的经典探测场。由于交叉相位调制效应，探测光场的相位在不改变量子信号数的情况下获得了量子信号数的信息.我们求出了该系统的海森堡运动方程的精确解，并计算了测量误差，考虑了测量路径上的光损耗.我们确定了一个现实的近似，得到了信号场最终条件量子态的显式形式，考虑到不希望的自相位调制效应，并设计探测光束的最佳零差测量以避免该效应。我们表明，最好的现代单片微腔允许实现的测量不精确度比标准的量子极限好几倍。
2021-11-29 quant-ph
Storage and retrieval of single photons transmitted between remote quantum memories
基本量子网络操作涉及将量子比特状态存储在原子量子存储器节点中，然后通过单光子激发将信息检索并传输到远程量子存储器节点以进行进一步存储或分析。因此，量子网络操作的实现以实现这种物质到光和/或光到物质量子态映射的能力为条件。在这里，我们报告了使用两个远程原子系综生成、传输、存储和检索单个量子的情况。通过Duan、Lukin、Cirac和Zoller（DLCZ）的协议[Nature v.414，413（2001）]，从A点的冷原子系综产生单个光子，并通过100米长的光纤将其导向B点。光子经由Fleischhauer和Lukin的暗态极化激元方法转换成单个集体激发[Phys. Rev. Lett. 84，5094（2000）]。在可编程的存储时间之后，原子激发被转换回单个光子。对于500纳秒的存储时间，通过测量λ关系参数α，实验证明了这一点。通过强度互相关测量观察到超过十微秒的存储时间。存储周期的长度比实现光子和原子量子之间的转换的时间长两个数量级。远程量子存储器之间的单量子受控传输是迈向分布式量子网络的重要一步。
2005-11-02 quant-ph
Single-quanta interferometry: which-way versus which-phase information stored in an ancillary quantum system
该研究针对干涉仪中路径信息与干涉可见度的权衡问题，利用香农熵比较对称合束双路径干涉仪AQS存储的两类信息量，证明纯态幺正相互作用下相位信息不超过路径信息，还提出新型单光子干涉仪的实验验证方案。
2017-03-02 quant-ph
Phase-locking at low-level of quanta
讨论了强量子区中参量驱动非线性克尔腔（PDNR）在低量子能级的锁相现象。PDNR的振荡模式是在光子与外部高斯脉冲训练相互作用的简并下转换过程中产生的。我们计算了相空间中具有二重对称性的腔模的维格纳函数，并分析了在规则态和量子混沌态中锁相态的形成。
2015-10-02 cond-mat.other quant-ph
Quantum entanglement of angular momentum states with quantum numbers up to 10010
具有扭曲相位波前的光子携带量子化量的轨道角动量（OAM），并且在各种光学领域（诸如量子和经典信息科学或光镊）中变得重要。由于每个光子的OAM含量没有上限，因此它们也是实验上挑战高量子数的量子力学预测的有趣系统。在这里，我们利用最近开发的技术来压印前所未有的高OAM值，即螺旋相位镜（SPM），以产生具有超过10，000个OAM量子的光子。此外，我们证明了这些大OAM量子的一个光子和它的伙伴光子的偏振之间的量子纠缠。据我们所知，这对应于在实验中已经证明的最大量子数的纠缠。这些结果还可能开辟将单光子耦合到大质量物体的新方法，提高角分辨率，并突出OAM作为增加单光子信息容量的有前途的方法。
2016-07-04 quant-ph
Broad Spiral-Bandwidth of Orbital Angular Momentum Interface between Photon and Memory
轨道角动量（OAM）光与原子之间的复杂相互作用在量子光学和量子信息科学领域具有重要的研究意义。构建一个通用的高维量子网络需要宽的螺旋带宽来制备更高量子的OAM模式和解决空间带宽失配等问题。在这里，我们实验证明了光子和存储器之间的宽螺旋带宽量子接口。通过写入和读取的扭曲场，光子和存储器之间的相关OAM分布显著加宽。这种宽螺旋带宽的量子接口可以在多路复用的情况下跨越，并且可以工作在\text{\textpm} =30的高量子场景中，我们证明了在高l.这种自由控制OAM存储器空间分布的最新技术非常有助于构建高维量子网络，并在积极开发从物质中工程OAM单光子的方法领域提供了基准。
2019-02-14 quant-ph
Two-quanta processes in coupled double-quantum-dot cavity systems
National Institute of Physics and Nuclear Engineering（罗马尼亚国家物理与核能研究所）；Institute of Applied Physics, Moldova State University（摩尔多瓦国立大学应用物理研究所）
研究双量子点耦合腔系统中双量子过程的非线性耦合效应及单量子激光现象。
2025-01-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
On Quanta of Information and Electromagnetic Fields
本文提出了一个从量子真空中产生有意义的信息量子并由此产生基本量子场的初步模型。我们试图建立信息和物理作用的等价性，信息的量子（或字包）作为量子场的来源（可能在控制它们之间的相互作用中发挥作用），类似于量子场作为经典信息的来源。信息场和量子场以纠缠的形式出现在量子真空中，它们共同的基础本质上具有定义明确的确定性（几何）和概率（随机）结构。电磁场的量子的等效能量的描述，在其信息内容，以及信号功率的表达式，提供。这个问题的各个方面和它可能的影响和影响，我们对基本量子场及其相互作用的理解进行了讨论。有人建议，信息，在一个确定性的形式，以及在量子真空中的混沌过程，引起一个可能的信息压缩成量子场。
2021-11-24 quant-ph
Experimental implementation of a Raman-assisted six-quanta process
量子体系中的非线性过程在许多应用中是必不可少的，例如量子限制放大、量子系统的测量和控制。特别地，量子纠错领域严重依赖于量子系统的各种模式之间的高阶非线性相互作用。然而，与系统中存在的耗散相比，所需的非线性阶数通常不能直接获得或较弱。在这里，我们通过实验证明了一条路线，以获得更容易获得的低阶非线性过程相结合，使用广义的拉曼跃迁的高阶非线性。特别是，我们显示了一个高Q超导谐振器的四个光子到超导transmon模式的两个激发的转换，反之亦然。由此产生的六量子过程是通过一个虚态级联两个四阶非线性过程而得到的。我们希望这种类型的过程成为硬件高效的量子纠错使用连续变量纠错码的关键组成部分。
2019-08-21 quant-ph
Tripartite Interactions Induced Strongly Correlated Quantum Emissions
College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院）；Theoretical Quantum Physics Laboratory, Cluster for Pioneering Research, RIKEN（理化学研究所前沿研究集群理论量子物理实验室）；Quantum Information Physics Theory Research Team, Quantum Computing Center, RIKEN（理化学研究所量子计算中心量子信息物理理论研究组）；Physics Department, The University of Michigan（密歇根大学物理系）
本文通过直接三体相互作用理论证明了强关联光子-声子发射，避免了高阶量子过程的速率抑制，实现了高效的多量子发射。
2026-05-28 quant-ph
Asymptotical photon distributions in the dissipative Dynamical Casimir Effect
在平均量子数较大的情况下，导出了频率和阻尼系数随时间变化的量子振子与热库相互作用的光子分布函数的渐近公式.考虑了具有任意温度的初始热态的不同激发机制。本文用新的公式预测了正在准备的动态卡西米尔效应实验中产生的电磁场的统计性质。
2010-02-09 quant-ph
Quantum correlations among optical and vibrational quanta
我们研究了关联光腔场和振动声子模的可行性。固定在纳米机械谐振腔梁上的激光泵浦量子点作为一个整体与光学谐振腔模相互作用。当量子点变量比光学和声子变量快时，我们得到了一个只描述所涉及模式的主方程。增加直接影响振动自由度的温度，也可以影响腔光子强度，即，光学和声子模式是相关的。此外，相应的Cauchy-Schwarz不等式被违反，证明了这些关联的量子性质。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum mechanics without quanta
在本文中，我认为，光是一个连续的经典电磁波，而观察到的所谓的量子性质的光与物质的相互作用是连接到离散（原子）的物质结构和特定的性质的光原子相互作用。从这一观点出发，导出了光的玻恩定则，并对双缝实验进行了详细的分析。我表明，双缝实验可以解释，而不使用“光子”的概念，仅仅是经典电动力学的基础上。我表明，在这个框架内，海森堡不确定原理的“光子”有一个简单的物理意义不相关的基本限制的准确性的同时测量的位置和动量或时间和能量。我还认为，如果我们考虑某种经典波场--“电子波”--而不是电子作为粒子，并考虑波方程（狄拉克、克莱因-戈登、泡利和薛定谔）作为类似于电磁场的麦克斯韦方程组的场方程，我们就可以避免与电子的波粒二象性有关的悖论。结果表明，这样的电子场必须具有连续分布的电荷、内禀角动量和内禀磁矩。结果表明，从这个角度出发，“电子”的双缝实验、玻恩定则、海森堡不确定原理和康普顿效应都可以在经典场论中得到简单的解释。所提出的观点允许考虑量子力学不是作为一个理论的粒子，但作为一个经典的场论类似于麦克斯韦电动力学。
2016-02-03 quant-ph
Photon-by-photon quantum light state engineering
本文综述了单光子水平的光操纵技术，回顾了量子光态工程数十年的进展，为进入该领域提供入门介绍。
2025-02-27 quant-ph
Single Photon Ignition of Two-photon Super-fluorescence through the Vacuum of Electromagnetic Field
提出了辐射子系综的反转子系综通过真空场与另外两个偶极活性原子子系综相互作用，在原子间的双光子交换过程中产生双量子集体发射的点燃。为了加速双光子的集体衰变速率，提出了系综中双光子与反向辐射体的单量子跃迁之间的三粒子共振，得到了激发原子子系综的相对偶极禁戒跃迁.亚原子系综中三个超荧光过程之间的相互作用发生在其中一个辐射子系统中的相对偶极禁戒跃迁。双量子的集体共振发射和吸收具有非传统的行为，并伴随着光子集体发射过程的加速和抑制。
2010-12-17 quant-ph
A theory of local photons with applications in quantum field theory
在量子光学中，通常用具有确定能量和动量并满足玻色子对易关系的单色波来描述电磁（EM）场的基本能量量子（光子）。然而，采用这种方法会导致几个关于单光子的局域性和超光速传播的不可行定理。不幸的是，如果没有局部量子描述的EM场，它变得难以描述特定的动态光在局部相互作用或局部边界条件的存在。在这篇论文中，我们采取了另一种方法和量子化的自由电磁场在一个和三个维度的量子是完美的本地化和传播的光的速度没有色散。我们的方法有两个特点，使它能够克服早期的不去定理。首先，我们清楚地区分了总是可以定域的粒子和不能定域的电场和磁场;其次，我们去掉了哈密顿量的下限，从而从基本原理中引入了负频率光子。之后，我们测试我们的量子化方案，通过研究光的传播在线性光学实验类似于研究费米的两个原子的问题。在这里，我们表明，与标准的量化方案，我们的方法预测的因果传播的局部光子波包。我们还使用我们的理论提供了一个新的视角在一维和三维的Casimir效应。在这部分的论文中，我们预测两个高度反射的金属板之间的吸引力，而无需调用正则化程序。
2023-03-08 quant-ph
On the Relativistic Quantum Force
在将德布罗意-玻姆运动的因果量子理论推广到相对论粒子时，人们面临着严重的问题，如超光速运动的问题。这迫使许多作者相信，对于整数自旋的粒子，没有任何令人满意的因果理论。在本文中，它表明，量子行为是直接粒子相互作用的粒子与它的所有可能性的结果。然后，将该公式推广到任意自旋的相对论粒子。所提出的理论具有以下优点。(1)它导致了对量子行为的更深入的理解。(2)它没有超光速运动。(3)它适用于任何旋转。(4)它为理解粒子的产生和湮灭问题提供了一个框架。(5)它为理解自旋统计关系提供了一个框架。(6)它不需要德布罗意-玻姆运动量子理论的两个基本假设，即，指导公式假设和统计假设。
1996-12-05 quant-ph
Nonlinear quantum optics for spinor slow light
本文研究了双原子里德堡态的双三脚架原子-光耦合方案中单量子水平上的量子非线性效应。在这样的方案中，相干耦合到强相互作用里德堡态的慢光代表一种双分量或旋量光。该方案为控制和操纵光量子提供了额外的可能性。所提出的设置的一个显着特点是，它结合了自旋慢光的自旋-轨道耦合与光子之间的相互作用，即使在双光子失谐为零时，也能够产生第二探测光束。此外，如果单光子失谐具有相反的符号，则光子之间的相互作用可以变为排斥。这与单阶梯原子-光耦合方案不同，在单阶梯原子-光耦合方案中，只要控制光束的拉比频率不是太大，光子之间的相互作用对于正失谐和负失谐都是吸引人的。
2018-07-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
Complete condensation of photon noise in nonlinear dissipative systems
Fock态是玻色子场最基本的量子态，是理解其量子动力学的重要基础。作为能量和数量本征态，它们具有精确定义的量子数量，并且最忠实地表达了场的粒子性质。这些性质使它们在计量学、量子模拟和信息处理中有着广泛的应用。然而，福克态是出了名的难以产生。这个问题在光学中尤其严重，因为很难用一个以上的光子确定性地产生福克态，更不用说在宏观尺度上了。这部分是由于缺乏产生大Fock态的机制，以及线性耗散的有害影响。在这里，我们介绍了一个新的影响，在物理学中的非线性玻色子，所产生的耗散和克尔非线性的相互作用。在这种效应中，当非线性共振具有特定数量的量子（例如，光子），否则会有损耗。这种由非线性干涉引起的损耗导致了几种新的量子统计效应。例如，它导致强度噪声的自发凝聚，这可能使光的大Fock和极端光子数压缩态的产生成为可能。我们还展示了这种效应如何影响新的光电子器件，如激光器，它可以稳定极低的噪声状态之间的平衡增益和非线性损耗，我们介绍。在整个文本中，我们提出了可以实现这些效果的系统的例子。在一个，我们展示了如何非线性耗散可能导致光学Fock态的$n=1000$，而在另一个，我们展示了如何传统的激光架构可以用来产生宏观光（$>10^{12}$光子）与近95%的噪声比标准的量子极限。
2022-02-20 quant-ph
Amplification of entangled photon states by klystron
纠缠光子对--表现出非经典关联的离散光量子--在量子信息和量子通信技术中扮演着核心角色。这是技术应用对纠缠光子对强度的自然要求，使得可以实现足够的信号强度。在这里，我们提出了基于速调管的方法，可以潜在地实现自发参量下转换（SPDC）和纠缠转移产生的纠缠光子对的稳定放大。
2017-03-04 physics.acc-ph quant-ph
Stimulated emission of polarization-entangled photons
纠缠光子对--表现出非经典相关性的离散光量子--在量子信息科学中扮演着至关重要的角色（例如在量子非局域性和量子密码学的演示中）。在宏观光场层面，非经典关联也很重要，如压缩光、纠缠光束和连续量子变量的隐形传态。在这里，我们使用受激参量下转换来研究光的纠缠态，弥合离散和宏观光学量子关联之间的差距。我们证明了实验上的纠缠光子的类激光作用的发病。这种纠缠结构在量子信息科学中具有很大的前景，其中对纠缠态的复杂性有着强烈的需求。
2001-10-08 quant-ph
Simple alternative model of the dual nature of light and its Gedanken experiment
本文在刻意颠倒PA原始陈述的基础上，提出了光的双重性的简单替代模型。M.狄拉克说：“每个光子只与自身发生干涉。不同光子之间的干涉永远不会发生。“这样的反演意味着光子和光量子被认为是不同类别的物体，但显然与最近不同实验报告的结果保持一致。Gedanken实验具有潜在的能力，以测试所提出的模型在单光子制度的描述，其可能的结果进行了讨论。拟议的安排也可用来评估对补充性互补原理的现代解释。
2014-07-09 quant-ph
Quantal phase of extreme nonstatic light waves: Step-phase evolution and its effects
本文研究了极端非静态光波中几何相位导致的阶跃式相位演化现象，分析了电磁场形状的补偿机制及其对概率分布和波干涉轮廓的影响。
2024-07-05 quant-ph
Quantum nondemolition measurement of mechanical motion quanta
光学和机电学领域促进了精密测量和传感领域的许多进步，最终将力学系统的研究推向量子领域。然而，迄今为止，力学运动的量子化和声子态之间的量子跃迁仍然难以捉摸。对于光机系统，耦合到环境中，以排除检测的机械模式占领，除非实现强单光子光机耦合。在这里，我们提出并分析了机电设置，它允许克服这一限制，并解决了机械振荡器的能级。我们发现，加热的膜，所造成的与环境和不必要的耦合的相互作用，可以抑制精心设计的机电系统。结果表明，声子数的测量是在现代机电装置触手可及。
2018-05-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heralded temporal shaping of single photons enabled by entanglement
我们提出了一种方法来产生一个纯粹的单光子与任意设计的时间形状在一个预示着，无损和可扩展的方式。作为不可或缺的资源，该方法使用了时间-能量纠缠光子对。为了完成整形，一对光子中的一个光子根据所需的形状进行时间调制。随后对光子的频率分辨探测预示着它的纠缠对应物处于纯量子态，其时间形状不受调制的局部影响。我们发现的条件的形状预示着光子再现调制功能。该方法可以用各种时间-能量纠缠光子源来实现。特别地，使用来自参数下转换的纠缠光子，该方法使得能够在前所未有的宽的持续时间范围内生成具有可调形状的纯光子-从十分之一飞秒到微秒。提出的单光子成形将推动可扩展的多维量子信息协议、有效的光子-物质耦合和单量子水平的量子控制的实现。
2016-10-12 quant-ph
Defect Mass in Gravitational Field and Red Shift of Atomic and Nuclear Radiation Spectra
结果表明，由于辐射电子（或核子）的有效质量在引力场发生变化，原子（或核）的辐射谱发生了红移。该红移与现有实验测量的引力场中辐射光谱的红移相等。当光子（或$ γ$量子）通过引力场时，如果它参与了引力相互作用（光子没有静止质量），也会产生同样的位移。实验中没有出现双重效应，这可能意味着光子（或$ γ$量子）在没有相互作用的情况下穿过引力场。
2000-04-19 quant-ph
Measurement-induced entanglement of two superconducting qubits
研究了两个超导量子比特通过谐振腔耦合的问题。如果系统中只存在一个量子，并且谐振器中的光子数测量结果为零，则量子比特最终处于纠缠的贝尔态。在这里，我们来看看这个量子非破坏方案中的一个误差来源，这是由于在测量之前，谐振器中存在多个量子。通过分析具有任意数量量子的条件哈密顿量的结构，我们表明该方案对这些类型的错误具有显著的鲁棒性。
2008-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Rate and depth of two-axis twisting by pair exchange under the self-Kerr constraint
School of Information Science and Engineering, Hunan Institute of Engineering（湖南工程学院信息科学与工程学院）；Department of Maths and Physics, Hunan Institute of Engineering（湖南工程学院数学与物理系）；College of Physics and Electronic Engineering, Hengyang Normal University（衡阳师范学院物理与电子工程学院）
该研究分析了双光子交换实现双轴扭转的等价性在实际非线性介质中的保留情况，推导了克尔与交换强度比值的两个独立判据，揭示了自克尔约束的存在及此前未显现的原因。
2026-10-19 quant-ph
Single-photon characterization by two-photon spectral interferometry
单光子源是量子光学中的基本光源。从不同来源发射的光子的不可分辨性和纯度对于许多量子应用来说是至关重要的（必要的，必不可少的）属性，以确保不同来源之间的高可见度干涉。单光子源的状态由单个光量子所占据的模式来描述。因此，确定单光子源的模式结构的能力提供了评估其质量、比较不同源以及为源工程提供反馈的手段。在这里，我们提出并证明了一个实验方案，允许完整的表征的光谱时间状态的脉冲单光子源。单光子源的密度矩阵元素通过具有已知单光子参考的光谱干涉法来确定。频率分辨符合测量是在未知单光子源与单光子参考脉冲干涉后进行的。对频率分辨的双光子干涉图样进行傅里叶分析，得到了宽带单光子源的谱时密度矩阵。我们提出了一个实验实现这种方法的纯和混合状态的脉冲，单光子源。
2019-10-30 quant-ph
Optimal simultaneous measurements of incompatible observables of a single photon
联合或同时测量非对易量子观测量是可能的，但代价是增加了不清晰度或测量不确定性。存在许多不同的标准用于定义什么是“最佳”联合测量，具有用于测量的对应的不同折衷关系。理解这种测量的局限性对于量子技术具有根本意义和相关性。在这里，我们通过实验测试了量子比特测量的锐度的折衷关系，这种关系直接涉及测量算子的形式，而不是估计中的误差。我们执行最简单的可能的最佳联合测量的第一个光学实现，需要更少的量子资源比以前经常采用。使用一个预示单光子源，我们证明了量子限制性能的计划单量子。
2018-08-17 quant-ph
Coherent Quantum Interconnection between On-Demand Quantum Dot Single Photons and a Resonant Atomic Quantum Memory
远距离量子通信需要光-物质界面的发展来实现纠缠分发的量子优势。理想情况下，这些量子互连应该尽可能快，以实现高速率纠缠量子比特分布。在这里，我们展示了相干量子交换单光子产生的需求从GaAs量子点和原子系综在$^{87}$ Rb蒸汽量子存储器。通过对一个开放量子系统的分析，证明了光子的量子化电场与原子系综相干性之间的映射关系。我们的研究结果在理解构建快速混合量子网络所需的短时间尺度下的量子光-物质相互作用方面发挥了关键作用。
2023-02-01 quant-ph
Criticality-Enhanced Quantum Sensing via Continuous Measurement
目前使用开放式量子传感器的临界增强感测协议假设传感器的直接测量，并省略了发射到环境的辐射量子，从而可能丢失有价值的信息。在这里，我们提出了一个协议，通过连续观察发射的辐射量子的临界增强传感。在一般假设下，建立了耗散临界点处联合系统与环境态的整体量子费舍尔信息的标度理论。我们推导出普遍的标度律，其特征在于由潜在的临界指数所支配的瞬态和长时间行为。重要的是，这样的标度律超过了标准量子极限，原则上可以使海森堡极限饱和。为了利用这种有利的缩放，我们提出了一个实用的传感方案的基础上连续检测发射的量子实验实现在各种量子光学设置。在这样的方案中，单个询问对应于在依赖于待感测的参数和连续测量的反作用的非幺正动力学下演化的开放系统的（随机）量子轨迹。值得注意的是，我们证明了相关的精度缩放显着超过了直接测量的临界稳态的基础上，从而建立了连续检测的耗散临界的发射量子的可测量值。我们说明我们的协议通过计数的光子发射的开放拉比模型，一个范例模型的研究耗散相变有限组件。我们的协议适用于通用的量子光学开放传感器，允许连续读出，并可能会发现应用在前沿的量子传感，如人机界面，磁诊断心脏病，零场核磁共振。
2022-04-01 quant-ph
Vibrations, Quanta and Biology
量子生物学是一个新兴的研究领域，关注生物系统中非平凡量子现象的实验和理论探索。在本教程概述中，我们的目标是提出该领域的基本假设和问题，确定基本设计原则并开发一个关键的潜在主题-在环境存在下量子动力学网络的动力学以及两者可能进入的富有成效的相互作用。在三个生物现象的理解是需要量子力学过程，即激发和电荷转移光合复合物，在鸟类和嗅觉的磁感受，我们证明了这一基本主题包括他们所有的手，从而表明其更广泛的相关性作为一个原型框架量子生物学。
2013-06-27 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.OT
Study of higher-order correlation functions and photon statistics using multiphoton-subtracted states and quadrature measurements
高阶关联函数值的估计是量子计算领域中的一个重要问题。我们表明，这个问题可以归结为制备和测量的光学量子态后，从原来的光束湮灭一组数量的量子。我们应用这种方法来探索各种光子聚束制度的光学状态与伽玛复合泊松光子数统计。我们准备并测量了热量子态以及从热量子态中减去1 ~ 10个光子所产生的量子态，参数估计采用极大似然估计。本研究的目标是发展高精度的光学量子态的产生和质量控制方法。
2017-01-08 quant-ph
Stopped and stationary light at the single-photon level inside a hollow-core fiber
在单个量子水平上运行并提供强光-物质耦合的实验平台是量子信息处理的关键要求。我们报告的窄带光存储和检索，以及平稳的光，电磁感应透明的基础上，弱相干光脉冲下降到单光子水平的信噪比为59。实验是用激光冷却的原子装载到空芯光子晶体光纤中进行的，以提供强的光-物质耦合，从而展示了这种平台的未来量子网络的前景。
2019-06-26 physics.optics quant-ph
Quantum-limited stochastic optical neural networks operating at a few quanta per activation
Yale University（耶鲁大学）；Cornell University（康奈尔大学）；USRA Research Institute for Advanced Computer Science（美国空间研究协会高级计算机科学研究所）；NTT Research, Inc.（NTT研究所）；Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science（康奈尔大学卡夫利纳米科学研究所）
研究单光子激活极限下光学神经网络的噪声问题，提出基于物理的概率模型进行物理感知随机训练，在极高散粒噪声下实现98%的MNIST分类准确率，每次MAC操作仅耗0.038个光子。
2025-02-03 cs.ET cs.LG cs.NE
Quantum Entanglement of High Angular Momenta
具有螺旋相位结构的单光子可以携带量子化的轨道角动量（OAM），它们的纠缠对于量子信息科学和量子理论的基础检验具有重要意义。因为理论上没有一个光子可以携带多少OAM量子的上限，所以有可能在两个量子数相差任意大的粒子之间产生纠缠。通过将偏振纠缠转移到OAM的干涉方案，我们产生和验证纠缠高达600量子的轨道角动量差。提高数字的唯一限制因素是目前的技术限制。我们还通过实验证明了很高的OAM纠缠度可以提高遥感中角分辨率的灵敏度。
2014-06-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A photonic interface of chiral cavity quantum electrodynamics
腔量子电动力学在单量子水平上研究光与物质的相互作用。光子结构中手征光子-发射极耦合的特点是光的局部偏振锁定单向传播。然而，实现光子-发射极之间的强相互作用并实现方向锁定传输，这将在非互易量子器件中带来新的应用，目前还未见报道。本文提出了一种光子晶体与金属纳米颗粒耦合结构，通过高螺旋度的强局域场，在$\sim$ 95 $\%$光子单向传输的情况下，圆偏振光射入光子晶体波导的速率比没有纳米颗粒的情况大一个数量级，Rabi分裂谱的线宽约为只有纳米颗粒的十分之一，其可用于定向量子光源。
2018-09-04 physics.optics quant-ph
From the Light Quantum to the Photon: The Evolution of a Physical Concept
本研究梳理光量子到光子概念的演变，指出爱因斯坦辐射量子理论是关键转折点，揭示了电磁场量子化的物理问题来源。
2026-10-05 physics.hist-ph quant-ph
Cavity-free Photon Blockade Induced by Many-body Bound States
对单个可移动量子的操纵是量子通信的一个关键目标;为了实现这一目标，开放系统中的非线性现象可以发挥关键作用。我们从理论上证明了在完全开放的一维波导与N型四能级系统（4LS）耦合时会发生各种强的量子非线性现象。我们重点研究了光子阻塞和在无腔条件下单光子态的产生。由于4LS介导的强光子-光子关联，出现了多体束缚态。这些束缚态导致光子阻塞，这可以产生亚泊松单光子源。
2011-11-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic flux insertion and growing of Laughlin states of cavity Rydberg polaritons
最近，在Nature \textbf{534}，671（2016）中已经证明了扭曲腔中光子朗道能级的产生。在这里，我们提出了一个方案，通过耦合光子通过磁通螺纹锥存在于这样的腔设置，以并行传输通量量子的倍数$3\hbar$同时到所有的腔光子。通量转移是利用具有轨道角动量的外部光场和近共振稠密原子介质作为介质来实现的。此外，耦合腔场的里德堡态的配置支持电磁感应透明，分数量子霍尔态可以制备。为此，使用由通量插入序列和随后的单光子插入步骤组成的生长协议。我们具体讨论的成长的$ν=1/2$玻色子劳克林状态，我们首先重复磁通插入两次创建一个双准孔激发。然后，使用相干泵浦和里德伯阻塞来重新填充空穴。
2018-03-12 quant-ph
Repulsive photons in a quantum nonlinear medium
控制强相互作用的光量子（光子）的能力在量子科学和工程中至关重要。最近的研究表明，这种强相互作用可以在专门制备的量子光学系统中进行设计。在这里，我们展示了一种强相互作用光子的相干控制方法，将量子非线性光学扩展到排斥光子的领域。这是通过将光子相干耦合到几个原子态来实现的，包括冷铷气体中强烈相互作用的里德伯能级。使用这种方法，我们证明了排斥和吸引力的相互作用的单个光子和测量的两个和三个光子的关联函数表征它们。对于排斥的情况下，我们证明了三光子测量的干扰和自排序的签名。这些观测为研究强相互作用耗散系统和由光组成的量子物质（如单个光子的晶体）开辟了一条途径。
2019-11-06 physics.atom-ph quant-ph
A Connection between Special Theory of Relativity and Quantum Theory
狭义相对论并没有预言光子（电磁辐射的量子）的存在。然而，这里证明了，从狭义相对论可以得出，如果光子确实存在-我们知道它们确实存在-那么它们的能量一定与它们的频率成正比。这意味着普朗克-爱因斯坦公式E=hν仅仅是从狭义相对论的某些结果和粒子-波二象性的假设中得出的。
2012-08-30 physics.class-ph quant-ph
Single microwave-photon detector using an artificial $Λ$-type three-level system
单光子探测是量子光学实验中必不可少的技术。然而，微波量子的能量比其光学对应物小四到五个数量级，使得有效检测单个微波光子极具挑战性。在这里，我们演示了通过波导传播的单个微波光子的检测。该检测器是用“阻抗匹配”的人工$Λ$系统实现的，该系统包括耦合到微波谐振器的驱动超导量子比特的修饰态。我们获得了单光子探测效率为$0.66 \pm 0.06$，复位时间为$\sim 400$ ~ns。该探测器可用于量子传感、量子通信和量子信息处理等领域。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ramsey interference with single photons
利用核、原子或分子系统中的离散能级的干涉测量是广泛的物理现象的基础，并且能够实现强大的技术，例如核磁共振、电子自旋共振、基于Ramsey的光谱和激光/脉泽技术。由于量子位被实现为单量子系统的能量叠加态，因此它在量子信息处理中也发挥着独特的作用。在这里，我们展示了量子干涉的不同能量状态的单量子的光在完全类似的能级的原子或核自旋和实现拉姆齐干涉仪与单光子。我们通过实验产生了单光子的能量叠加态，并利用幺正变换对其进行操纵，实现了任意的投影测量，从而实现了高可见度的单光子Ramsey干涉仪。我们的方法为频率编码光子量子比特在量子信息处理和量子通信中的应用开辟了道路。
2016-01-06 physics.optics quant-ph
Are Colors Quanta of Light for Human Vision? A Quantum Cognition Study of Visual Perception
Center Leo Apostel for Interdisciplinary Studies（利奥·阿波斯特尔跨学科研究中心）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）
本文通过量子认知框架，将人类视觉中的颜色分类扭曲机制与量子测量中的退相干过程类比，论证颜色可被视为人类视觉的光量子。
2025-05-05 cs.AI q-bio.NC quant-ph
Nonlinear quantum optics with trion-polaritons in 2D monolayers: conventional and unconventional photon blockade
我们在量子水平上研究了一个二维三振子极化激元系统，并证明了对于单层半导体，它们可以表现出强非线性光学响应。这种效应是由于基于trion的激发的复合性质导致其非平凡的量子统计特性，以及增强的相空间填充效应。我们提出了完整的量子理论来描述的统计trion极化激元，并证明了相关的非线性持续在几个量子的水平，两个定性不同的制度光子反聚束存在弱和强的单光子耦合trion。我们发现，从trion极化激元的单光子发射成为实验可行的国家的最先进的过渡金属dichalcogenide（TMD）的设置。这可以促进使用2D单层作为材料平台的量子极化激元学的发展。
2019-11-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement-based single-shot detection of a single magnon with a superconducting qubit
基于超导电路的混合系统的最新发展开辟了不同自由度量子工程传感器的可能性。旨在控制和读出磁有序系统中集体自旋激发的量子的量子磁学，还为磁学研究和量子技术的发展提供了独特的机会。使用超导量子位作为量子传感器，我们报告了在毫米大小的铁磁晶体中检测到单个磁振子，量子效率高达~ $0.71$。检测是基于静磁模式和量子位之间的纠缠，然后是量子位状态的单次测量。这个原理验证实验建立了磁振子的单光子探测器。
2019-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonant effect at the ultrarelativistic electron-positron pairs production by gamma quanta in the field of a nucleus and a pulsed light wave
从理论上研究了高能γ量子在原子核和准单色激光场中的共振电子-正电子对产生。在共振条件下，一个中间虚电子（正电子）在激光场中变成一个真实的粒子。由于这一事实，在激光场中的精细结构常数的第二阶的初始过程有效地减少到两个连续的第一阶的过程：激光激发的Breit-Wheeler过程和激光辅助的中间电子（正电子）被原子核散射的过程。结果表明，存在一个阈值能量的初始伽马量子，这显着依赖于一个波的吸收光子的数量。在共振条件下，电子-正电子对能量由正电子（通道A）或电子（通道B）相对于初始伽马量子动量的出射角决定。得到了前几个共振态的微分截面，同时记录了正电子或电子的能量和出射角。对于初始伽马量子能量${ω_i} = 125\;{\rm{GeV}}$，对于前三个共振的情况，电子-正电子对的共振能量可以用非常高幅度的微分截面来测量：从第一个共振的$ \sim {10^{13}}$到第三个共振的$ \sim {10^8}$（以$α{Z^2}r_e^2$为单位）。
2020-04-03 physics.atom-ph quant-ph
Are Words the Quanta of Human Language? Extending the Domain of Quantum Cognition
Center Leo Apostel for Interdisciplinary Studies（里奥·阿波斯泰尔跨学科研究中心）；Brussels Free University（布鲁塞尔自由大学）
在之前的研究中，我们表明“讲述故事的文本”表现出的统计结构不是麦克斯韦-玻尔兹曼，而是玻色-爱因斯坦。我们的解释是，这是由于人类语言中存在“不可分割性”，这是由于相同的单词在故事的不同部分无法区分。在这篇文章中，我们开始为这种玻色-爱因斯坦统计提供解释。我们表明，这是存在的“意义”的“故事”，导致缺乏独立性的特点玻色-爱因斯坦，并提供了确凿的证据，“字可以被认为是人类语言的量子”，结构上类似于如何“光子是光的量子”。使用我们布鲁塞尔研究小组的几项关于纠缠的研究，我们还表明，文本中的“意义”的存在也使得整个文本的冯诺依曼熵相对于组成它的单词的熵更小。我们解释了本文中的新见解如何与称为“量子认知”的研究领域相适应，其中量子概率模型和量子向量空间用于人类认知，并且还与量子结构在信息检索和自然语言处理中的使用相关，以及他们如何引入“量子化”和“玻色-爱因斯坦统计”作为相关的量子效应。受量子力学概念性解释的启发，并依靠新的见解，我们提出了关于物理实在本质的假设。在这样做的过程中，我们注意到这种新类型的熵减少及其解释对于量子热力学的发展可能是重要的。我们同样注意到，它如何也可以产生一个原始的解释性图片的性质的物理现实的行星地球表面，其中人类文化出现作为一个加强延续的生命。
2021-12-21 cs.CL q-bio.NC quant-ph
The quantum optical description of a double Mach-Zehnder interferometer
在本文中，我们描述了在量子光学（QO）的形式主义内的双马赫-曾德尔干涉仪（MZI）。对于单光子Fock状态，该实验设置显示出反直观的行为：对于第一MZI的路径长度差的某些值，输出检测器处的单光子计数统计不会改变，无论第二MZI的路径长度差如何。对于同时入射的光量子，我们表明，这种设置是能够显示相同的HOM反聚束效应先前获得的分束器。然而，通过在每个MZI中添加实质延迟，即使“光子波包“在第二分束器处不重叠，我们也可以获得相同的效果。
2014-07-07 physics.optics quant-ph
Measuring and controlling radio-frequency quanta with superconducting circuits
在这篇博士论文中，我们将介绍实现一个射频电路量子电动力学系统（RFcQED）的理论和实验工作。在第二章中，我们详细推导了Rabi模型下电路QED的哈密顿量，并给出了交叉克尔相互作用的表达式。讨论了RFcQED对耦合率的要求，其中之一是与典型的电路QED器件相比，需要显著提高耦合率。在第三章中，我们介绍了两种增加电路QED系统中耦合的实验方法，一种是利用高阻抗谐振器，另一种是利用大耦合电容。在第四章中，我们结合这两种方法来实现RFcQED。通过强色散耦合，我们可以在兆赫谐振器中测量单个光子，通过将谐振器冷却到基态或制备Fock态来演示量子控制，并最终以纳秒分辨率观察这些状态的再热化。在第五章中，我们介绍了Python中的QuCAT或量子线路分析工具，这是一个可以用于电路QED系统设计的软件包，例如本文中介绍的电路QED系统。在第6章中，我们讨论了广义相对论和量子力学之间的某些相互作用是如何不能用我们现有的物理定律来描述的。特别是，我们展示了如何射频机械振荡器是完美的候选人，在这个制度进行实验。在第七章中，我们展望了这种机械振子与弱非谐超导电路（如transmon量子比特或RFcQED系统）的耦合。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
