Input-Output Relations in Optical Cavities: a Simple Point of View
在这项工作中，我们提出了一个非常简单的方法，在光学腔的输入输出关系，限制自己的领域的单光子和双光子状态。在量子化后，我们导出了{ \em Inside}和{ \em Outside}湮灭算符和产生算符之间的非幺正变换.然后我们用{\em Outside}产生的基态来表示{ \em Inside}产生的最一般的双光子态。对内双光子态的系数进行重整化处理后，计算了一般情况下的外双光子态的光子数几率分布。最后，我们处理一些细节的单模和对称腔的情况。
1999-12-06 quant-ph
Quantum Input-Output Theory for Optical Cavities with Arbitrary Coupling Strength: Application to Two-Photon Wave-Packet Shaping
我们开发了量子光学输入输出理论的谐振腔具有任意的耦合强度，并为输入字段的频谱可以比腔的自由频谱范围更宽，同时确保在时空变量的场算子换向器关系是正确的。腔场换向器表现出一系列时空回波，代表光传播引起的某些时空点的因果联系。我们将这一理论应用于腔反射对双光子波包的整形，得到了色散抵消的一个显著例子。我们还表明，该理论是服从列入腔内吸收和发射原子，允许，例如，耗散损耗腔内纳入量子力学正确的方式。
2013-10-05 quant-ph
Optical Single Photons on Demand Teleported from Microwave Cavities
我们提出了一个方案，通过使用微机械谐振器纠缠的光和微波输出模式的相应的腔。微机械谐振器在一侧上电容耦合到微波腔，并且在另一侧上耦合到高精细度光学腔。然后，我们展示了如何利用这种连续变量纠缠来传送非高斯数态|1）与叠加（|联系我们|1>）/ \surd 2从微波腔输出模转换到光腔输出模，保真度远大于不可克隆极限。
2012-05-29 quant-ph
QED of lossy cavities: operator and quantum-state input-output relations
在色散和吸收介质中电磁场精确量子化的框架内，研究了高功率$Q$腔的输入输出问题，着重研究了耦合镜的吸收损耗。正如预期的那样，腔模式被发现服从量子朗之万方程，这也可以从量子噪声理论，通过适当地耦合腔模式的耗散系统，包括镜辅助吸收损耗的影响。相反，用这种方法得到的经营者投入产出关系一般是不完全的，正如精确计算所示。基于算符输入输出关系，研究了初始激发腔模量子态的提取问题，导出了$s$参数化相空间函数的输入输出关系，特别着重讨论了出射场量子态的Wigner函数与腔场的Wigner函数之间的关系.
2005-12-21 quant-ph
Input-output theory for superconducting and photonic circuits that contain weak retro-reflections and other weak pseudo-cavities
输入输出理论对于处理由传输线或波导连接的超导和光子电路是非常宝贵的。然而，该理论通常不能处理来自电路组件或分束器配置的回射产生用于连接系统的行波场的环路的情况。在这里，根据高夫和詹姆斯的网络收缩理论[Commun. Math.Phys.287，1109（2009）]，我们提供了一种紧凑且强大的方法来处理包含这种回路的任何回路，只要由回路形成的有效腔足够弱。基本上，只要形成环路的反射器不是特别高的反射，所有当今的片上超导和光子电路都将满足这种弱点条件。作为一个例子，我们分析了两个量子比特之间的传输纠缠与不完美的循环器的传输线连接的问题，新方法是必不可少的问题。我们得到一个完整的解决方案的最佳接收器，发送方采用一个简单的打开/关闭。该解决方案表明，即使具有显著的回射，也可以实现近乎完美的透射。
2018-06-07 quant-ph
Asynchronous entanglement from coherently coupled nonlinear cavities
研究了一对相干耦合非线性光学腔的输出光场之间的纠缠。对于足够强的耦合，量子关联变得异步，从而为诸如全光量子存储器的量子信息协议提供资源。提出了一种适用于微环等回音壁模式谐振器的简单实验方法。
2009-01-20 quant-ph
Photon tunneling through absorbing dielectric barriers
利用最近发展起来的辐射量子化理论，研究了光子穿过吸收势垒的问题。多层屏障在频域中的多步复介电常数满足Kramers-Kronig关系。从由此产生的输入-输出关系，它示出的层中的损失可能会大大改变在双光子干涉实验中观察到的光子隧穿时间。它进一步表明，对于足够大的层数的干涉条纹观察到，不能涉及到一个单一的遍历时间。
1996-06-11 quant-ph
Field squeeze operators in optical cavities with atomic ensembles
提出了一种在含原子云光腔中产生单模和双模压缩的方法。通过合适的激光系统，我们能够设计一个与原子自由度解耦的压缩场算符，产生一个由原子数按比例放大的大压缩参数，并实现简并和非简并参量放大。利用输入输出理论，我们证明了在输出端可以达到理想压缩态和完全压缩。该方案对退相干过程具有鲁棒性。
2006-01-03 quant-ph
Photon-Photon Interactions in Dynamically Coupled Cavities
从理论上研究了非线性腔中两光子的相互作用。通过我们在这里提出的方法将光子加载到腔中，其中腔的输入/输出耦合通过可调谐耦合到本身强烈输出耦合的第二腔模式来有效地控制。当控制的时间尺度小于波包的持续时间时，入射光子波包可以高保真地加载到腔中。动态耦合腔可用于避免由无源腔的延迟带宽积设置的光子-光子相互作用时间的限制。此外，它们能够消除由色散腔传输和反射引起的波包失真。我们考虑三种非线性，那些所产生的$χ^{\scriptscriptstyle(2)}$和$χ^{\scriptscriptstyle(3)}$材料，由于与两个级别的发射极的相互作用。为了分析少光子波包的输入和输出，我们使用了薛定谔图像形式主义，其中行波场被离散成无穷小的时间仓。我们认为，动态耦合腔提供了一个非常有用的工具，以提高量子器件的性能依赖于腔增强的光-物质相互作用，如单光子源和类原子量子存储器与光子接口。作为一个例子，我们目前的模拟结果表明，高保真度的两个量子比特纠缠门可以使用任何考虑的非线性相互作用。
2019-05-06 quant-ph
Quantum state transformation by dispersive and absorbing four-port devices
最近导出的色散吸收四端口器件辐射场的输入输出关系[T。Gruner和D.- G. Welsch，Phys.Rev.A54，1661（1996）]用于导出将输出量子态与输入量子态相关联的幺正变换，包括辐射和物质，而不设置频率限制。结果表明，对于每个频率，变换可以被看作是一个良好的SU（4）群变换，可以分解为U（2）和SU（2）群变换的乘积。它们中的每一个都可以被认为是由特定的无损四端口设备实现的。如果对于远离介质共振的窄带宽辐射，可以忽略四端口器件的吸收矩阵，则可以识别出用于无损器件的众所周知的SU（2）群变换。给出了Fock态和相干态转换的显式公式。
1998-06-23 quant-ph
High-fidelity entanglement purification using chains of atoms and optical cavities
在我们之前的论文[Phys.Rev.A84，042303（2011）]中，我们提出了一个有效的方案，利用耦合到高精细光学腔的短原子链来动态纯化二体纠缠态。与传统的纠缠纯化协议相比，我们避免了受控非门，从而减少了复杂的脉冲序列和多余的量子比特操作。在本文中，我们显着提高远程纠缠原子的输出保真度通过引入一个额外的纠缠协议在每个中继节点，并通过优化所需的激光束控制整个计划。我们改进的蒸馏方案产生了几乎单位的输出保真度，再加上纠缠分布和交换，为长距离量子通信的有效和实验可行的量子中继器开辟了一条有吸引力的路线。
2012-10-26 quant-ph
Leaky cavities with unwanted noise
一种唯象的方法，允许一个完全描述不需要的噪声，如与吸收和散射相关的噪声，在高Q腔的影响。该噪声由分束器块和附加的输入输出端口来建模。替换方案使我们能够制定适当的量子朗之万方程和输入输出关系。它表明，不必要的噪声，使它有可能在一个非单色输出模式的腔输入模式和腔内模式相结合。可能的应用程序的不平衡和级联零差的内腔模式进行了讨论，后者的方法的优点。
2006-09-09 physics.optics quant-ph
Non-absorbing high-efficiency counter for itinerant microwave photons
高效率地探测巡游微波光子是微波光子学及其应用中的一个突出问题。提出了一种利用受驱动微波谐振腔中传输子的非线性效应探测传输线中巡游微波光子的方案。通过对谐振器的输出场进行连续测量，我们用单个transmon实现了零和一个微波光子之间84%的可重复性，用两个级联transmon实现了90%的可重复性。我们还展示了如何测量减少相干的光子数的基础，从而说明了量子测量的基本原理：更高的测量效率，更快的是退相干。
2014-05-06 quant-ph
Compact quantum gates on electron-spin qubits assisted by diamond nitrogen-vacancy centers inside cavities
在固态系统上构造紧凑的通用量子门量子线路是量子计算的关键。我们提出了一些紧凑的量子电路的确定性固态量子计算，包括CNOT，Toffoli，和Fredkin门的金刚石氮空位中心限制在腔中，通过一些单光子的输入-输出过程实现。我们为这些通用量子门设计的量子线路简单而经济。此外，没有使用额外的电子量子比特，而只是使用单光子介质。这些门有很长的相干时间。我们讨论了这些通用的固态量子门的可行性，得出结论，他们是可行的，以目前的技术。
2013-10-21 quant-ph
Non-Markovian Quantum Dynamics in Strongly Coupled Multimode Cavities Conditioned on Continuous Measurement
非马尔科夫开放量子系统中的一个重要挑战是了解我们从输出场的连续测量中获得什么信息。例如，多模腔QED系统中的原子提供了一个令人兴奋的平台来研究多体现象，其中原子之间以及与腔的强耦合，但是强耦合使得从输出光推断原子的条件态变得复杂。在这项工作中，我们解决这个问题，通过一个条件层次的运动方程，它提供了一个精确的条件下减少描述的监测（和连续反馈）描述减少原子状态。我们利用这种形式主义，研究如何不同的监测模式的多模腔影响我们的信息增益的原子状态，并提高自旋压缩通过测量和反馈在强耦合制度。这项工作打开了机会，了解非马尔可夫开放量子系统的连续监测，无论是在实践和基础水平。
2022-02-09 quant-ph
Continuous-variable dense coding by optomechanical cavities
在本文中，我们展示了如何连续变量密集编码可以实现使用纠缠光产生的膜在中间的几何形状。机械谐振器被假定为悬挂在高品质因数腔体内的高反射率膜。我们表明，机械谐振器是能够产生一定量的纠缠之间的光学模式在输出的腔，这是足够强大的接近量子密集编码的能力在小光子数。我们的光机械协议达到的次优速率高到足以超过无噪声量子信道的经典容量。
2013-08-09 quant-ph
QED in dispersing and absorbing media
在给出了介电体材料的微观Hopfield模型的基础上的量子化方案的大纲，我们展示了如何在给定的空间和频率依赖的复介电常数的介电物质的存在下的电磁场的经典唯象麦克斯韦方程组可以转移到量子理论。考虑介质辅助场与原子系统的相互作用，我们给出了库仑规范中的最小耦合哈密顿量和多极耦合哈密顿量。为了说明这一概念，我们讨论了吸收四端口器件中辐射的输入-输出关系和辐射场量子态的变换，以及在吸收体表面附近和具有本征材料损耗的球形微腔中激发态原子的自发衰变。最后，我们给出了量子化方案的其他媒体，如放大介质，磁介质，和非线性介质的扩展。
2003-06-26 quant-ph
A loop theory for the input-output problems in cavities
输入输出理论是研究光腔对外部激励响应的基础。现有的理论通常处理的是只有一个内模的腔系统。然而，人们对更复杂系统，特别是混合腔-物质系统越来越感兴趣，混合腔-物质系统包含至少两个内模，一个或多个分别来自光学腔和物质。在这里，我们提出了一个图形回路理论来计算和可视化的反射和透射光谱的多模腔，类似的费曼图的作用，在量子场论。这种回路理论给出了解释磁光混合系统实验观测的统一图象，并且非常容易应用于任何复杂问题而无需任何计算。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Entanglement transformation at absorbing and amplifying four-port devices
介质四端口器件在光量子信息处理中起着重要的作用。由于因果关系的原因，介电常数是频率的复函数，因此介电常数是噪声量子信道的典型示例，其不能保持量子相干性。为了研究量子退相干效应，我们从给定复介电常数的任意Kramers-Kronig介质中的量子化电磁场出发，构造了输出量子态到输入量子态的变换，而不对频率施加限制。我们将该方法应用于量子通信中的一些典型例子。特别是，我们表明，对于纠缠量子比特的贝尔基状态$|Ψ^\pm>$是更强大的抗退相干比状态$|Φ^\pm>$。
2000-09-11 quant-ph
Field quantization for open optical cavities
研究了与任意数量的逃逸通道耦合的光腔中电磁场的量子特性。我们考虑具有标量介电常数$ε({\bf r})$的非均匀介质谐振器和由任意形状的反射镜限定的腔。使用Feshbach投影仪技术，我们在一组谐振器和浴模式方面的领域。我们严格地证明了场的哈密顿量可以简化为量子光学的系统和浴的哈密顿量。场动力学研究使用Gardiner和Collet的输入-输出理论。在强耦合到外部辐射场的情况下，我们发现光谱重叠的谐振器模式。由于外场的阻尼和噪声作用，模态动力学是耦合的。对于波动混沌谐振腔，模式动力学由非厄米随机矩阵决定。在包括放大介质后，我们的开放谐振腔模式的动力学可以作为随机激光的量子理论的起点。
2003-01-10 quant-ph
Electromagnetic-field quantization and spontaneous decay in left-handed media
我们提出了一个量子化方案的电磁场与原子系统的相互作用中存在的色散和吸收磁介质，包括左手材料具有负实部的折射率。应用该理论研究了位于自由空间球腔中心的二能级原子的自发辐射。大腔和小腔的结果，并在真实腔模型的局部场校正的问题得到解决。
2003-06-04 quant-ph
Dynamics and extraction of quantum discord in a multipartite open system
我们考虑一个多体系统，由两个互不相互作用的量子比特组成，每个量子比特嵌入一个单模漏腔中，然后连接到一个外部玻色子库。最初，我们将两个量子比特置于纠缠态，而腔和库的光子为零。在这个六体量子系统中，我们研究了量子不和谐从量子比特到腔和库的转移。我们表明，这种转移也发生时，腔没有纠缠。此外，我们讨论了如何量子不和谐可以提取腔和传输到遥远的系统通过旅行泄漏光子，使用输入输出理论。
2011-06-24 quant-ph
Scaling Enhancement of Photon Blockade in Output Fields
本文提出利用非线性腔与无直接耦合的辅助线性腔混合输出场中的双光子路径相消干涉，实现光子阻塞的双二次标度增强，并推广至 Jaynes-Cummings 模型及其他玻色子系统。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Output entanglement and squeezing of two-mode fields generated by a single atom
研究了单个四能级原子与双模腔场的相互作用。在大失谐量条件下，得到了双模光场的有效哈密顿量，它是双模光场的幺正压缩算符。利用输入输出理论，我们发现输出光场的纠缠和压缩是可以实现的。通过对压缩谱的分析，发现非对称失谐量和非对称原子初态将压缩谱从一个谷分裂为两个最小值，并且为了获得输出纠缠场，需要适当的腔泄漏.
2009-08-06 quant-ph
Characterization of unwanted noise in realistic cavities
本文研究了高Q腔中吸收和散射损耗的描述问题。考虑是基于量子噪声理论，因此，不需要的噪声与散射和吸收考虑到通过引入额外的阻尼和噪声项的量子朗之万方程和输入-输出关系。研究了用这种方法得到的空泡模型描述的完备性条件，并讨论了相应的替换方案。
2006-08-16 physics.optics quant-ph
Spin Qubits in Photon-Coupled Microwave Cavities
Ohio University（俄亥俄大学）
本文提出一种模块化架构，通过单光子交换波导耦合含有限量子比特的独立微波腔，解决传统量子比特架构缩放时传输幅度降低的问题，为可扩展量子计算硬件提供可行方案。
2026-08-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Description of Radiative Losses in Optical Cavities
我们首次提出了在存在以辐射损耗为特征的光学腔的情况下光与物质相互作用的量子力学描述。辐射损失的独特之处在于它的整体演化和对相干性的完全保持，这与通常认为的耗散损失形成鲜明对比。通过引入和研究一类新的噪声算子，我们阐明了精确量子电动力学方程的简化，使其形式类似于我们熟悉的Jaynes-Cummings模型。这个固有的耗散模型的动力学，然后提出制定由此产生的运动方程。此外，建立了一个输入-输出形式主义，它提供了一个直接的连接与检测器可访问的输出状态的动态。作为输入，讨论了面向应用的相干和脉冲激光泵浦的情况。最后，单光子动力学的光腔中具有显着的辐射损失-其重要性必须考虑到光-物质相互作用的应用前景的上下文-根据所提出的模型进行审查。该公式尽可能地保持一般性，以强调量子光学系统的不同实现的普遍适用性，但从我们自己的背景来看，我们在纳米光学的背景下考虑到了应用。
2017-06-08 physics.optics quant-ph
Quantum Memory and Optical Transistor Based on Electromagnetically Induced Transparency in Optical Cavities
我们从理论上研究了在一个由单原子囚禁在高精细度腔中组成的系统中实现量子存储器和光学晶体管。为了将输入脉冲的量子态存储和映射到单个原子的内部态上（量子存储器），我们采用电磁诱导透明（EIT）现象（其可以作为光学晶体管工作），其中信息可以被转移到由Λ型配置中的三能级系统建模的原子的暗态。在我们的模型中，我们考虑一个合适的时间形状的控制字段，确保绝热的存储过程和检索的探测脉冲。腔内场的动力学过程采用主方程法，而腔外场的动力学过程采用输入输出法。我们分析了两种不同的设置：i）双侧腔和ii）单侧腔。虽然第一种设置是最适合和最常用的观察腔EIT的透射光谱，因此最好的配置为光学晶体管，最大的量子存储效率不能达到合理的值，被限制为50%的对称腔。另一方面，采用单侧腔的量子存储效率显著提高，在强原子-场耦合区可以达到接近100%的值。然而，这种特定的设置不利于观察透射光谱中的腔EIT效应，因此不适合控制光脉冲的透射。
2016-03-16 quant-ph
General quantum computation on photons assisted with double single-sided cavity system
本研究提出双单侧腔耦合二能级系统的物理结构，推导其光学特性，用氮空位中心实现可在强弱耦合区工作的光子多比特相位门，具备高保真度与门效率，为光子通用量子计算提供新方案。
2025-07-30 quant-ph
Feedback-enhanced distant entanglement of magnon and phonon modes with atomic ensembles in coupled cavities
提出含相干反馈回路的双耦合腔混合系统，利用五种激发模式实现并显著增强原子系综、光子与磁振子、声子间的远程两体纠缠。
2025-05-11 quant-ph
Efficient, High-Fidelity Single-Photon Switch Based on Waveguide-Coupled Cavities
本文提出基于嵌入二能级发射体的波导耦合腔的单光子开关，通过原位调节耦合参数控制光子传播方向，实现高效率高保真度的反射或透射，对可扩展光子量子技术至关重要。
2024-10-17 quant-ph
On Transfer Function Realizations for Linear Quantum Stochastic Systems
线性量子随机系统（LQSSs）的传递函数的实现对于这类系统的实际应用，特别是作为其他量子系统的相干控制器，是一个非常重要的问题。本文综述了作者在[1]、[2]、[3]、[4]中提出的两种实现方法。第一种使用静态线性量子光学网络和单模光学腔的级联，而第二种使用这种腔的反馈网络，以及对腔网络输入和输出进行预处理和后处理的静态线性量子光学网络。
2016-09-07 quant-ph
Bose-Hubbard dynamics of polaritons in a chain of circuit QED cavities
我们研究了一个超导带状线谐振器链，每个谐振器与一个transmon量子比特相互作用，电容耦合成一排。我们表明，这个系统的动力学可以描述的玻色哈伯德哈密顿与吸引力的相互作用的极化激元，光子和量子比特的激发叠加。我们设想的这种设置构成了第一个平台之一，其中实验研究强相互作用极化激元链所需的所有技术组件都已经实现。通过用微波源驱动第一带状线谐振器并检测最后一个带状线谐振器的输出场，可以在受驱动耗散状态下光谱地探测系统的性质。我们计算了最后一个可以通过输出场测量的腔的稳态极化激元密度和密度-密度关联$g^{(2)}$。我们的研究结果显示，从一个相干的量子场的比现场相互作用的驱动强度的增加。
2010-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Design and fabrication of ridge waveguide-based nanobeam cavities for on-chip single-photon sources
我们报告的脊形波导的纳米孔/纳米梁腔的设计，在芯片上，量子点为基础的单光子产生。我们的设计克服了低折射率对比度材料平台在发射模耦合效率方面的限制，并产生0.73的输出脊波导的耦合效率。重要的是，这种高耦合效率与9 nm半峰全宽的宽带操作相结合。我们提供了一个明确的设计程序，以确定最佳的几何参数，根据开发的设计。此外，我们制作和光学特性的概念验证波导结构。的微光致发光测量的结果提供了证据的腔增强自发发射从量子点，从而支持我们的设计芯片上的单光子源的应用的潜力。
2022-03-21 physics.optics quant-ph
Parametric resonance in tunable superconducting cavities
我们发展了一个超导可调谐腔的参量共振理论。考虑了由SQUID附加到腔体引入的非线性，以及由于腔体连接到传输线而引起的阻尼。我们详细研究了腔场的非线性经典动力学的参数阈值以下和以上的退化参数共振，具有制度的多稳定性和参数辐射。我们调查的相敏放大的外部信号的谐振，以及放大失谐的信号，并与放大器的性能的线性参量放大器。我们还讨论了该器件在色散量子比特读出中的应用。除了腔的经典响应之外，我们还研究了放大的经典信号周围的小量子涨落。我们评估的噪声功率谱都在腔中的内部场和输出场。其他量子统计特性的噪声解决，如压缩谱，二阶相干性，和双模纠缠。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Realization Method for Transfer Functions of Linear Quantum Stochastic Systems Using Static Networks for Input/Output Processing and Feedback
线性量子随机系统（LQSSs）传递函数的实现问题对于此类系统的实际应用，特别是作为其他量子系统的相干控制器具有重要意义。到目前为止，解决这个问题的大多数作品都使用级联实现。在这项工作中，提出了一种新的方法，LQSS的传递函数是由一系列的预处理线性静态网络，减少LQSS，和后处理线性静态网络。前处理和后处理静态网络的引入使得中间简化的LQSS具有简单的输入/输出结构，该结构通过简单腔的级联来实现。通过一个线性静态网络的腔的反馈连接被用来产生正确的动力学减少系统。最终实现提供了一个很好的系统结构图。允许构建这种实现的关键数学工具是Krein空间中加倍矩阵的类SVD分解。说明性的例子提供的理论开发。
2016-09-07 math.OC quant-ph
Quantum Coherent Absorption of Squeezed Light
研究了量子光学中的相干完全吸收，特别是当光的压缩相干态对叠加在吸收分束器上时。首先，利用量子光学输入输出关系，我们导出了量子相干性和强度的吸收系数，并揭示了这些将如何不同的压缩状态。其次，我们提出了CPA门的显着性质：两个相同的，但在其他方面是任意的输入压缩相干态可以完全剥离它们的相干性，产生一个纯粹的纠缠压缩真空态，其有限的强度逃离否则完美的吸收体。重要的是，这种光的输出状态不与产生它的吸收分束器纠缠。它的损耗使能功能使得CPA门成为制备连续变量量子态的一个有趣的新工具。
2018-11-26 physics.optics quant-ph
Output Field-Quadrature Measurements and Squeezing in Ultrastrong Cavity-QED
研究了从耦合到任意相互作用强度的一般量子系统的谐振腔中逃逸的电磁磁场的输出正交分量的压缩。本文提出的输出压缩的广义理论分析适用于腔量子电动力学的所有相互作用区域：从弱到强、超强和深耦合区域。对于耦合率与腔谐振频率相当或大于腔谐振频率的耦合率，光学腔的标准输入-输出理论不能计算正确的输出场求积，并且预测了不可忽略的输出压缩量，即使系统处于其基态。本文证明了对于任意相互作用和腔嵌入量子系统，当系统处于基态时，在输出场求积中不存在压缩。我们还应用所提出的理论方法研究了：（i）嵌入相干激发腔中的人工二能级原子;（ii）级联型三能级系统与腔场模相互作用产生的输出压缩。在后一种情况下，输出压缩来自原子-腔修饰态的虚光子。这项工作扩展了预测和分析连续变量光学量子态层析成像的可能性时，光学谐振腔与其他量子系统的相互作用非常强烈。
2015-09-30 quant-ph
Conversion of conventional gravitational-wave interferometers into QND interferometers by modifying their input and/or output optics
LIGO-II引力波干涉仪（约1000米）2006- 2008）被设计为在接近100 Hz的标准量子极限（SQL）处具有灵敏度。本文描述并分析了后续LIGO-III干涉仪的可能设计，这些干涉仪可以击败SQL。除了新的输入和/或输出光学器件之外，这些设计与传统的宽带干涉仪（没有信号回收）相同。分析了三种设计：（i）“挤压输入干涉仪”（由Unruh根据Caves的早期工作构思），其中具有频率相关（FD）挤压角的压缩真空被注入干涉仪的暗端口;（ii）“变输出”干涉仪（由Vyatchanin、Matsko和Zubova以不同的形式构思），其中对输出光执行具有FD零差相位的零差检测;以及（iii）具有压缩输入和FD零差输出的“压缩变分干涉仪”。结果表明，普通压缩光在注入干涉仪前通过两个连续的法布里-珀罗滤波腔，可以产生有限差分压缩输入光，输出光在普通零差检测前通过两个滤波腔，可以实现有限差分零差检测。利用预期的技术和与LIGO-II计划的激光功率相当的激光功率，这些干涉仪可以在3到5的范围内击败幅度SQL，对应于SQL限制干涉仪的事件率增加约30到约100之间。
2001-09-03 gr-qc quant-ph
Nonlinear quantum input-output analysis using Volterra series
量子输入输出理论对于分析量子系统，特别是大规模量子网络的动力学行为有着非常重要的作用。作为Gardiner和Collet的输入-输出形式的扩展，我们发展了一种基于量子形式的Volterra级数的新方法，该方法可用于分析非线性量子输入-输出动力学.通过这种方法，我们可以忽略量子输入输出系统的内部动力学，而用一系列核函数来表示系统动力学。这种方法具有建模弱非线性量子网络的巨大优势。在我们的方法中，用于描述弱非线性量子网络的输入-输出响应的核函数所表示的参数的数量随着量子网络的规模线性增加，而不是像通常那样呈指数增长。此外，我们的方法可以用来制定量子网络与非线性和非保守组件，例如，量子放大器，这不能用现有的方法，如Hudson-Parthasarathy模型和量子传递函数模型建模。我们应用我们的一般方法的几个例子，包括克尔腔，光机械换能器，和一个特定的相干反馈系统的非线性组件和量子放大器的反馈回路。这种方法为非线性量子网络的建模和控制提供了一种强有力的方法。
2014-08-04 quant-ph
Ion chains in high-finesse cavities
我们分析了一个链的单电荷离子限制在一个线性的保罗陷阱，并与高精细光学谐振腔的模式耦合的动力学。在这些设置中，离子通过库仑排斥相互作用，并且由于腔光子的散射而受到机械力的影响。我们发现，这些相互作用的相互作用可以引起的的链的平衡配置，可以通过腔增强的光子散射冷却。我们通过确定腔场和晶体运动的半经典极限中的定态来表征所得到的平衡结构。在稳态下的振动模式的平均占领进行评估，显示耦合到腔的振动模式可以同时冷却到低占领数。在稳态时，振动与腔场涨落纠缠在一起。利用对数负性对纠缠进行了量化。在腔输出的光的光谱进行评估，并在这里确定的功能信令纠缠。
2013-02-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Estimation of disorders in the rest positions of two membranes in optomechanical systems
本文应用量子估计理论，通过耦合腔和透射区模型估计驱动腔中两薄膜静止位置的无序性，发现温度不影响估计精度但增加达到量子最优极限的难度，且最佳策略为测量输出场正交分量。
2022-03-22 quant-ph
Continuous wave single photon transistor based on a superconducting circuit
我们提出了一种微波频率单光子晶体管，它可以在连续波探测下工作，是一种有效的单微波光子探测器。它可以用一个三能级人工梯型原子与两个微波腔耦合的阻抗匹配系统来实现，两个微波腔连接到输入/输出波导。利用上跃迁的经典驱动，我们找到了一个参数空间，在这个空间中，入射到其中一个腔的单光子控制脉冲可以被完全吸收到杂化的激发态。这随后导致在上流形中的一系列量子跳跃和通过单独的输入/输出端口离开第二腔的光子通量的出现。该方案不需要探测信号的时间变化，因此对应于单光子晶体管的无源版本。所得到的装置对量子位退相过程是鲁棒的，对于大的非谐性具有低的暗计数率，并且可以使用当前技术容易地实现。
2016-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Modal input-output theory for quantum nanophotonics from the first-order Maxwell operator
Purdue University（普渡大学）
基于宏观量子电动力学和一阶电磁格林函数，为开放光子系统发展量子输入-输出理论，包含端口散射矩阵与朗之万噪声，并用于计算纳米光子腔和逆设计耦合器的发射体修正透射率。
2026-10-06 physics.optics quant-ph
Entangled sensor-networks for dark-matter searches
假设的轴子粒子（质量未知）是暗物质（DM）的主要候选者。许多实验都在寻找带有微波腔的轴子，在微波腔中轴子可以转换成腔光子，从而导致腔输出功率的微弱过剩。最近的工作[Nature 590，238（2021）]已经证明，将压缩真空注入腔中可以大大加速轴子搜索。在这里，我们超越并提供了一个理论框架，以利用量子压缩在由许多传感器腔组成的网络设置中的好处。通过形成局部传感器网络，腔之间的信号可以相干地组合以促进轴子搜索。此外，通过分裂压缩真空产生的腔体注入多体纠缠，可以降低全局噪声。我们探讨了这样一个本地的，纠缠的传感器网络，它既享有传感器之间的传感器之间的纠缠和轴子信号之间的相干性的性能优势。我们的分析与下一代DM-轴子搜索有关，旨在以最佳方式利用传感器和量子资源网络。最后，我们评估了使用更奇特的量子态，Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）状态的可能性。尽管在理想情况下，相对于单模压缩态，扫描时间的常数因子改善，但当考虑实际测量方案时，采用GKP态的优点消失。
2022-07-15 hep-ph quant-ph
Nonreciprocity light propagation in coupled microcavities system beyond weak-excitation approximation
提出了一种非互易光在两个耦合腔系统中传输的方案，其中一个光学微腔与一个二能级量子发射体耦合。对于奇偶校验时间（\textrm{PT}）系统的情况（即，主动-被动耦合腔系统），在弱激发近似下，腔增益可以显著增强量子发射体与腔场相互作用引起的光学非线性。在适当的参数范围内，由于巨非线性效应，光传输可以实现高隔离度、无损耗的非互易传输。此外，我们的计算表明，非互易光的传输不会受到光学双稳引起的不稳定输出光强的影响，甚至可以通过适当地调节系统参数来切换非互易光的传输方向。
2016-05-06 physics.optics quant-ph
Thermoelectricity without absorbing energy from the heat sources
我们分析的功率输出的量子点机耦合到两个电子水库通过热电接触，和两个热水库-一个热和一个冷。这台机器是传统热电偶热机的纳米级模拟物，其中被加热的活性区域也与其冷环境进行热交换。点和热库之间的热交换被视为电容耦合到局部水平的电子波动，建模为两个额外的量子点。所得到的多点设置描述使用主方程的方法。我们观察到一种“外来”发电，即使从热储层吸收的热量为零（换句话说，来自热储层的热量都逃逸到冷环境中），这种发电也是有限的。这种效应可以理解为非局部效应，其中从热源到冷环境的热流通过我们称为库仑热阻力的机制产生功率。它依赖于量子点系统中没有弛豫的事实，因此其中的电子具有非热能分布。更有诗意的是，我们可以说热力学热力学第一定律（热功转换）和热力学第二定律（熵的产生）在空间上是分离的。我们目前的情况下，这种非热系统可以产生更多的功率比任何传统的宏观热电偶（局部热化），即使后者的工作卡诺效率。
2015-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fano resonances and their control in optomechanics
最初在光电离的背景下发现的法诺线轮廓，已经被发现出现在一大类系统中，如谐振器，超材料，等离子体。我们证明了存在这样的谐振腔光学力学通过识别的干扰贡献产生的领域在反斯托克斯和斯托克斯频率。与原子系统不同，光机系统提供了很大的灵活性，因为共振的宽度由耦合场控制。我们进一步展示了如何通过一个光机械镜耦合的双腔可以导致法诺共振的分裂，以及如何第二腔可以用来调谐法诺共振。Fano共振对与腔和机械镜相关的衰减参数非常敏感。这种共振可以通过泵浦探测实验以及通过输出场的量子涨落谱来研究。
2013-06-10 physics.optics quant-ph
Giant-cavity-based quantum sensors with enhanced performance
最近的进展表明，具有多个位置依赖耦合的量子系统，例如，巨原子可以表现出非指数衰减等非常规现象，但其潜在的应用仍是一个未知数。在本文中，我们首次提出了一种基于巨腔的量子传感器，其性能可以大大提高相比，传统的基于腔的传感器。在我们的方案中，两个腔在多点耦合到耗散库，而它们以单点方式耦合到增益库。为了利用该传感器检测未知参数，将波导耦合到其中一个腔，检测场可以通过该腔进行零差检测。我们发现，多个位置相关的耦合可以诱导腔之间的固有的非互易耦合，这可以提高传感器的性能。我们方案中的输出噪声可以降低到散粒噪声水平，这比参考文献[Nature Communications，2018，9，4320.]中的结果低约一个数量级。此外，每个光子的信噪比也提高了约一个数量级。这些结果表明，多点耦合结构是有益的，现在的量子器件。
2022-04-05 physics.optics quant-ph
Sensing Based on Quantum Correlation of Photons in the Weak Nonlinear Regime
针对弱非线性区光子量子关联效应应用研究不足的问题，本文提出基于量子干涉的光子量子关联灵敏传感方案，通过观测MZI输出场的UPB及二阶关联函数对系统参数的高敏感性，实现角速度和温度传感，为该效应拓展了实际应用场景。
2024-11-28 physics.optics quant-ph
High-Purity Pulsed Squeezing Generation with Integrated Photonics
压缩光已经发展成为量子技术的有力工具，从量子增强传感到基于部分后选择技术的量子态工程。压缩光的脉冲产生特别令人感兴趣，因为它可以提供精确的时间戳和物理定义的时间模式，这在复杂的通信网络和大规模信息处理中是非常优选的。然而，在传统的单程配置的脉冲压缩的多模特性限制了输出状态的纯度，负面影响其在量子技术中的应用。在这封信中，我们提出了一种新的方法来产生高时间纯度的脉冲压缩。分析了光子谐振腔中基于参量下转换的脉冲压缩效应。我们证明了输出压缩光的有效模数接近于1。这种高纯度的压缩光可以在宽参数和低泵浦功率下实现，为产生大规模量子资源提供了一种可靠的方法。
2020-07-14 physics.optics quant-ph
Single-photon time-dependent spectra in coupled cavity arrays
我们展示了级联量子系统的输入-输出形式主义与量子轨道方法相结合，产生了一个紧凑的和物理直观的描述单光子通过耦合腔阵列传播。作为一个新的应用，我们得到了这样一个单光子的含时谱，它直接反映了这样一个事实，即只有某些频率的单光子波包被困在腔中，因此在时间上延迟。在我们的描述中，我们假设在其中一个谐振器中有一个发射器，从而包括单个光子的实际产生。
2013-05-14 physics.optics quant-ph
Implementation of a Distributed Coherent Quantum Observer
Research School of Engineering, The Australian National University（澳大利亚国立大学工程研究学院）
本文提出利用非退化参量放大器和光腔链实现分布式直接耦合量子观测器，展示观测器在时间平均意义上达成一致，准确估计量子系统的输出。
2017-02-20 cs.SY eess.SY math.OC
