QED description of Raman scattering from molecules in plasmonic cavities
等离子体增强拉曼散射可以推动单分子振动光谱超出经典电动力学可寻址的范围。我们采用量子电动力学（QED）的等离子体激元和分子振动的相干相互作用，揭示了非线性系统的非弹性响应的出现。对于现实的情况下，我们预测发病的\textit{phonon-stimulated Raman scattering}和反斯托克斯发射的激发频率的反直观的依赖。我们进一步表明，这种新的QED框架打开了一个场地，以分析在等离子体腔发射的光子的相关性
2016-09-16 physics.optics quant-ph
Quantum Zeno Effect in Cavity QED: Experimental Proposal with Non Ideal Cavities and Detectors
我们提出了一个实验，两个耦合微波腔和一个“隧穿”光子观察的里德伯原子的通道。我们在参考文献\cite{art1}中模拟耦合腔，并包括耗散效应以及有限的检测效率。我们还考虑现实的有限原子场相互作用时间，并提供了一个简单的分析表达式的光子“隧穿”的概率，包括所有这些影响。我们表明，足够小的耗散常数的效果可以观察到与目前的实验设施。
2007-10-01 quant-ph
Entangling superconducting qubits in a multi-cavity system
腔量子电动力学的重要任务是产生和控制分布在不同腔中的空间分离粒子的量子态。在这方面，一个有趣的问题是如何制备位于不同腔中的粒子之间的纠缠，这对于大规模量子信息处理是重要的。在这里，我们考虑一个多腔系统，其中腔耦合到一个超导（SC）量子比特，每个腔主机许多SC量子比特。我们发现，所有的腔内SC量子比特加上耦合器SC量子比特可以在纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态制备，通过使用一个单一的操作，而不需要测量。在不激发腔模的情况下产生GHZ态，从而大大抑制了由腔-光子衰减引起的退相干和不需要的腔间串扰对操作的影响。我们还介绍了两种简单的方法来纠缠腔内SC量子比特在GHZ态。作为一个例子，我们的数值模拟表明，它是可行的，与当前的电路QED技术，制备高保真GHZ态，多达9个SC量子比特通过使用SC量子比特分布在两个腔。该提议原则上可以用于实现分布在多个腔中的{ \it任意数量}的SC量子比特的GHZ状态。该提议是相当普遍的，可以应用于广泛的物理系统，腔内量子位是原子、NV中心、量子点或各种SC量子位。
2016-02-24 quant-ph
An integrated quantum repeater at telecom wavelength with single atoms in optical fiber cavities
量子中继器有望通过规避直接光子传输中固有的成功概率指数下降来实现全球距离上的量子网络。我们提出了一个现实的，功能集成的量子中继器实现的基础上，在光学腔中的单原子。量子存储器中的单原子与电信波长的光子之间直接产生纠缠。后者以高效率和可调节的时间和光谱特性被收集到空间上定义良好的腔模式中。它由第二个正交腔发射的近红外光子预示。两个远程量子存储器之间的纠缠可以通过光学Bell态测量产生，而我们提出了基于高效的腔辅助原子-原子门的纠缠交换。我们的量子中继器方案消除了对波长转换的任何要求，使得在每个节点处仅需要单个系统。我们研究了基于CO $_2$激光加工光纤的法布里-珀罗腔的铷和现实参数的特定实现。我们表明，该方案能够实现一个相当简单的量子中继器，在大距离上优于直接纠缠生成，并且不需要任何超越现有技术的技术改进。
2016-03-11 quant-ph
Device-independent quantum key distribution with spin-coupled cavities
设备无关的量子密钥分发（DIQKD）保证了共享密钥的安全性，而无需对所使用的设备进行任何假设，只要所观察到的数据违反贝尔不等式。由于通道损失和光电检测效率低下，这种违反在实验上是具有挑战性的。在这里，我们描述了一个现实的DIQKD协议的基础上存储在腔中的光和自旋之间的相互作用，它允许光的偏振纠缠到自旋的预示性映射。随后可以以接近单位效率测量自旋状态。预告消除了信道损失的影响，并且由于协议允许本地预告，自旋衰减不受双方之间的通信时间的影响，使得在任意距离上的贝尔不等式违反成为可能。我们计算可实现的密钥速率的协议，根据最近的估计实验访问的参数值和比较其他已知的DIQKD协议，这是完全光学。我们发现显着的改进，每个源使用的关键位。例如，对于现实的参数值，我们在75公里的距离上获得了大约5个数量级。
2013-06-11 quant-ph
Arrays of waveguide-coupled optical cavities that interact strongly with atoms
我们描述了一个现实的计划耦合原子或其他量子发射器与耦合光学腔阵列。我们考虑耦合到发射器的开放法布里-珀罗微腔。我们的核心创新是将微腔连接到波导谐振器，这些谐振器又在光子芯片上彼此渐逝耦合，形成耦合腔链。在本文中，我们描述的组件，它们的技术限制和需要通过实验确定的因素。这为实现量子压缩和受控量子动力学的两种可能实验的详细理论分析提供了基础。最后，我们将概述一些更高级的应用程序。
2011-09-05 quant-ph
Effective Equilibrium Theory of Quantum Light-Matter Interaction in Cavities: Extended Systems and the Long Wavelength Approximation
本文在长波极限下为腔中低维晶体推导了非微扰有效理论，将多模腔场约化为有限模式体积的单模，避免了自由空间耦合重复计算，提供了现实的哈密顿量级框架。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Surpassing the Classical Limit in Magic Square Game with Distant Quantum Dots Coupled to Optical Cavities
量子技术的出现正在加剧关于量子霸权的辩论，通常集中在现实环境中纸质算法的可行性上，因为量子系统容易受到无数噪声源的影响。在这种情况下，量子力学资源理论上可以胜过经典资源的量子伪心灵感应游戏的一个有趣例子是幻方游戏（MSG），其中两名玩家与裁判比赛。然而，由于噪声，玩家的单位获胜概率可以下降到远低于经典极限。在这里，我们提出了一个及时的和前所未有的实验装置，用于量子计算与量子点内的光学腔，以及辅助光子实现遥远的点之间的相互作用，以实现MSG。考虑到我们的设置的各种物理缺陷，我们首先表明，MSG可以实现与当前的技术，在现实条件下优于经典的资源。接下来，我们展示了我们的工作产生了一个新版本的游戏。也就是说，如果裁判掌握了球员的身体意识和策略信息，他就可以通过过滤随机性来偏向比赛，增加他的获胜概率。我们相信我们的工作不仅有助于量子博弈论，而且有助于量子点的量子计算。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interfering with decay of a single photon in microwave cavities through single photon quantum non-demolition scheme
在Nogues及其同事最近开发的实验装置中，微波腔中单个光子的衰变被与共振二能级原子的相互作用所延迟[见G. Nogues，A. Rauschenbeutel，S. Osnaghi，M. J. M.布伦Raimond和S. Haroche，Nature vol 400，239（1999）]。该效应可以解释为光子从腔中暂时移除，从而保护其免受腔耦合的环境的影响。现实的参数导致显着增加的生存概率的光子随后的监测相互作用。
2001-05-01 quant-ph
Fabrication of Sawfish photonic crystal cavities in bulk diamond
本文展示了在块体金刚石中制备锯鳐光子晶体腔的工艺，该腔有望将发射速率提高46倍并以88%效率耦合光子至单模光纤，实验测得Q因子高达3825且谐振偏差仅约1%，证明该设计对制造缺陷具有鲁棒性。
2023-11-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Control, competition and coexistence of effective magnetic orders by interactions in Bose-Einstein condensates with high-Q cavities
Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
研究通过高Q腔体中BEC的相互作用控制有效自旋BEC的磁序配置，展示通过调整光场几何和相互作用实现磁序竞争与相分离动态，为磁材料模拟提供可控参数的实验平台。
2025-05-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Steady-state entanglement activation in optomechanical cavities
量子不和谐和一些相关的指标，目前正在提高无情的兴趣，作为一个新的范式，非经典相关超越纠缠。除了基本的方面，各种研究表明，不和谐是量子信息处理中一种宝贵的资源，但迄今为止还没有被探索。沿着这条线，一个相当引人注目的方案是{纠缠激活}。多体系统中两个分离的部分之间的初始不和谐会影响动力学，从而在两部分之间建立纠缠，否则不会出现这种情况。迄今为止，这种过程被证明只能动态地实现，即，在存在噪声的情况下不能保证稳定的纠缠吞吐量。在这里，我们发现了一个{ \it discord-activated机制产生稳态纠缠}生产在一个现实的连续变量设置。这包括两个耦合的光学机械腔，其中光学模式（OM）通过光纤进行通信。我们首先使用一个简化的模型来突出创建的稳态不和谐的OM之间。我们接下来表明，这种不和谐提高了系统中可达到的静态光机械纠缠的水平，使其对温度和热噪声更鲁棒。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entropy certification of a realistic QRNG based on single-particle entanglement
在单粒子纠缠（SPE）中，单个粒子的两个自由度是纠缠的。SPE是一种可以在量子通信协议和基于Kochen-Specker定理的非上下文性实验测试中利用的资源。SPE可以通过基于贝尔不等式的量子上下文测试来验证。单粒子纠缠系统的类贝尔不等式违反实验可能会受到类似于局域性漏洞的影响，这是由于实验设备中不可避免的非理想性的存在，实际上会在同时测量的两个观测值之间产生不必要的相关性。这个问题是解决在这里通过定量分析的行为与光子的SPE实验中的现实设备。特别是，我们展示了如何能够提供一个半设备独立的随机性认证的现实量子随机数发生器的基础上贝尔不等式违反SPE状态的光子。分析进一步扩大到包括，与马尔可夫模型，记忆效应由于死时间，暗计数和afterpulsing影响单光子探测器，特别是当不处理符合测量。一个无偏估计也提出了量子跃迁概率的实验数据的集合。
2021-08-02 math-ph math.MP physics.optics
Hybrid quantum device based on NV centers in diamond nanomechanical resonators plus superconducting waveguide cavities
我们提出并分析了一种混合器件，它是将一个具有单个内建氮空位（NV）中心自旋的微尺度金刚石梁集成到超导共面波导（CPW）腔中。我们发现在交流电场作用下，金刚石光束的量子化运动可以通过介质相互作用与单腔光子发生强耦合。与经由大磁场梯度的强自旋-运动相互作用一起，它提供了一种混合量子器件，其中金刚石谐振器可以强耦合到单个微波腔光子和单个NV中心自旋。这使得通过机械暗极化激元的NV自旋和CPW腔之间的相干信息传输和有效耦合成为可能。这种混合自旋机电装置，与外部场的可调谐耦合，提供了一个现实的平台，实现量子信息与单NV自旋，金刚石机械谐振器，和单微波光子。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
A quantum optics approach to photoinduced electron transfer in cavities
我们研究了一个简单的模型的情况下，许多施主-受主对集体和均匀耦合到一个光子模式的腔光诱导电子转移反应。我们描述了相干和耗散的集体效应产生的量子光学Lindblad主方程的框架内的这种耦合。本文介绍了一种方法，通过消除施主态、受主态和腔模，导出了电子转移的有效速率方程。由此产生的速率方程是有效的弱耦合和强耦合的腔模式，并描述了通过腔耦合亮态和非耦合暗态的电子转移。我们推导出了瞬时电子转移速率的解析表达式，该表达式依赖于基态中随时间变化的电子对数目。我们发现，在适当的共振条件下，在非相干驱动的存在下，反应速率可以提高腔。这种增强持续存在，甚至可以是最大的，在弱光-物质耦合制度。我们讨论了腔效应是如何相关的现实实验。
2021-02-05 physics.chem-ph quant-ph
Multiplexed telecom-band quantum networking with atom arrays in optical cavities
实现与电信波段操作和大规模量子信息处理兼容的基于物质的量子比特的量子网络节点是一个突出的挑战，限制了基本量子网络的潜力。我们提出了一个平台，用于将包括中性原子阵列的量子处理器与多路复用网络架构中的电信波段光子进行接口。使用大的原子阵列而不是单个原子减轻了双向通信的有害影响，并将两个节点之间的纠缠率提高了近两个数量级。此外，该系统同时提供了在每个节点内执行高保真确定性门和读出的能力，为量子中继器和纯化协议打开了大门，以分别增强网络的长度和保真度。使用中间节点作为量子中继器，我们证明了基于现实假设在大约1500公里范围内进行纠缠分发的可行性，为跨大陆网络提供了蓝图。最后，我们证明了我们的平台可以在大城市的距离上分布大约25个Bell对，这可以作为分布式容错量子计算机的骨干。
2021-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Quantum state transfer via acoustic edge states in a 2D optomechanical array
我们提出了一种新的混合平台，其中固态自旋量子比特耦合到二维阵列的光机械纳米腔的声学模式。耦合光机械腔的先前研究表明，在强光驱动场的存在下，光子-声子相互作用和它们各自的腔间跳跃之间的相互作用允许产生声和光的拓扑相位。特别是，机械模式可以进入陈氏绝缘体阶段的时间反演对称性被打破。在这种情况下，我们利用强大的声学边缘状态作为手性声子波导，并描述了位于遥远的腔体中的自旋量子比特之间的状态传输协议。我们分析了该协议的相关系统参数的函数的性能，并表明，高保真度和纯单向量子态传输可以在实验现实的条件下实现。作为一个具体的例子，我们讨论了这样的拓扑量子网络在金刚石为基础的光机械晶体中的点缺陷，如硅空位中心耦合到手性声通道通过应变的实现。
2019-07-09 quant-ph
Quantum simulation of the Sachdev-Ye-Kitaev model using time-dependent disorder in optical cavities
University of Geneva（日内瓦大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；CNR-INO（意大利国家研究委员会光电子学研究所）；Università di Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（意大利国家核物理研究所-基础物理与应用学院）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出利用光学腔中的时间依赖性杂乱实现SYK模型的量子模拟方案，适用于多种杂乱模型的量子模拟。
2025-12-23 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-th
Physical implementation for entanglement purification of Gaussian continuous variable quantum states
详细描述了从实际的高斯连续变量纠缠态高效生成最大纠缠态的纠缠纯化方案。该协议的物理实现进行了广泛的分析，使用高精细度腔和腔增强交叉克尔非线性。特别是，我们考虑到许多不完善的实验方案，并计算其影响。对有关实验参数给出了定量要求。
2000-09-26 quant-ph
Designing Kerr interactions using multiple superconducting qubit types in a single circuit
Kerr相互作用的工程化在多体量子系统中的量子信息处理应用和复杂腔-量子比特网络中的多体物理研究中具有巨大的潜力。我们研究了如何将多个不同类型的超导量子位耦合到相同的腔模，以修改作用于腔的自克尔效应和交叉克尔效应，并证明这种类型的架构可能对量子技术有重大意义。使用解析微扰理论的结果和数值模拟，我们首先表明，耦合两个超导量子比特具有相反的非谐性到一个单一的腔，使有效的自克尔相互作用被削弱，同时保留的数量分裂效应，使控制和测量的腔场。我们证明，这种减少的自克尔效应可以保持的保真度的相干态和广义薛定谔猫态的时间远长于典型的相干时间在现实的设备。接下来，我们发现两个腔之间的交叉克尔相互作用可以通过将它们耦合到同一对量子比特设备来修改。当其中一个量子比特的频率可调时，腔之间的纠缠相互作用的强度可以根据需要变化，从而形成两种模式的逻辑运算的基础。最后，我们讨论了产生腔和量子位阵列的可行性，其中中间和现场量子位可以调整整个系统中自相互作用和交叉克尔相互作用的强度。该体系结构为设计有趣的多体哈密顿量提供了一种方法，也为电路量子电动力学中的量子模拟提供了一个有用的平台。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Realistic fast quantum gates with hot trapped ions
讨论了Cirac和Zoller于2000年提出的用于离子阱量子逻辑的“推门”，即用一个力对一对被囚禁的离子施加一个可控的推力，从而实现一个相位门。最初的建议有一个弱点，即它涉及对部队规模的隐藏的极端敏感性。此外，这股力量的物质来源也没有得到充分解决。在这里，我们讨论的敏感性，并提出了一种方法来避免它选择的空间形式的推力在一个最佳的方式。我们还分析了一对π脉冲的不完善的影响，这是用来实现“自旋回波”，以消除相关的错误。我们提出了一个物理模型的力，即偶极力，并讨论了不需要的光子散射的影响，和有限的温度的离子。温度的主要影响是由于离子探索力的值的范围而使门的相位模糊。当力分布的距离尺度小于离子分离时，这种效应比原先讨论的库仑排斥中的高阶项更重要。总的来说，我们发现，而“推门”是不耐缺陷的假设，它仍然是一个重要的候选人离子阱量子计算，因为它不需要基态冷却，在某些情况下，它不需要的Lamb-Dicke限制，而门速率是快的，接近（而不是小相比）的陷阱振动频率。
2002-12-02 quant-ph
Multiparticle correlations in mesoscopic scattering: boson sampling, birthday paradox, and Hong-Ou-Mandel profiles
单粒子干涉和量子不变性之间的相互作用导致了多体散射中的签名相关性。我们发现这些与非相互作用粒子系统的介观腔的传输概率的半经典计算。对于混沌腔，我们提供了传输概率的前两个时刻的随机酉矩阵的合奏，包括弱本地化和失相效应的普遍形式。如果进入的多体状态由两个宏观上被占据的波包组成，它们的时间延迟会沿着玻色子生日悖论所确定的边界驱动量子-经典跃迁。因此，玻色-爱因斯坦凝聚体的介观混沌散射是建立玻色子取样器和观察宏观Hong-Ou-Mandel效应的现实候选者。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas nlin.CD
Quantum Mechanics in Cell Microtubules: Wild Imagination or Realistic Possibility?
我们专注于“能量损失免费”沿细胞微管，这可以被认为是实现Fröhlich的想法孤子的超导性和/或生物物质的作用的运输的潜在机制。特别是，通过将MT安排表示为“腔”，我们提出了一个新的方案上形成的宏观（或介观）量子相干态，作为MT二聚体的（量子电磁）相互作用的结果与周围的有序水分子在MT圆柱体的内部。我们提出了一些通用的数量级估计的退相干时间在一个典型的MT动力学模型。强调了MT排列的铁电性质对上述量子现象的作用。基于这些考虑，我们还提出了一个猜想的MT在“全息”信息处理中的作用，这类似于在原子物理学的内部源X射线全息遇到的情况。
1998-02-25 cond-mat quant-ph
Multimode entanglement in coupled cavity arrays
通过数值求解密度矩阵的冯·诺伊曼方程，研究了耦合非线性光学谐振腔的驱动耗散阵列。我们证明了在非线性比损耗小得多的极限下也可以产生多光子的量子关联态，这与通常的预期相反。在这种情况下，量子关联产生于系统在希尔伯特空间中可以遵循的不同路径之间的干涉，以在相干驱动场的作用下达到其稳态。我们的特点，特别是两个系统：一个线性链的三个耦合腔和一个阵列的八个耦合腔。我们证明了一个参数范围的存在，系统发射的光子连续变量的二部和四部纠缠，在第一和第二系统的情况下，分别。这种纠缠被证明是生存的纯退相的现实率，并打开了一个新的视角，实现量子模拟器或纠缠光子源，而不具有挑战性的要求强光学非线性。
2013-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
