Regular and bistable steady-state superradiant phases of an atomic beam traversing an optical cavity
本文研究了预激发准直原子束通过单模光学腔时产生的不同光子发射机制。在腔自由度可以被消除的情况下，我们发现当集体线宽超过渡越时间展宽时，原子发生超辐射。我们分析的情况下，原子束的方向是倾斜的相对于腔轴。对于这种情况下，我们发现，一个阶段的连续光发射类似于稳态超辐射建立提供倾斜的原子束是足够小的。然而，如果原子在一个渡越时间内沿着腔轴行进超过半个波长，我们预测到一个新的双稳态超辐射制度的动力学相变。在这个阶段，原子经历集体自发发射，其频率可以是从自由空间原子共振失谐的蓝色或红色。我们分析了不同的超辐射制度和量子临界交叉边界。特别是，我们发现的光谱的发射光，并表明线宽表现出的功能的临界缩放接近相界。
2020-11-13 quant-ph
Theoretical Study on Superradiant Raman Scattering with Rubidium Atoms in An Optical Cavity
本研究通过量子主方程理论，将铷原子视为三能级系统并与光学腔耦合，统一解释了超辐射拉曼散射脉冲及稳态宽谱现象，为超辐射激光及相关量子现象研究提供了理论工具。
2024-01-01 quant-ph
Dicke Phase Transition and Collapse of Superradiant Phase in Optomechanical Cavity with Arbitrary Number of Atoms
本文用自旋相干态变分法导出了光机械腔中任意原子数的基态能量、平均光子数和原子布居数的解析表达式。发现机械振荡的存在并不影响正常相和超辐射相之间的相界。然而，当原子-场耦合增加到一个所谓的转折点时，超辐射相位会由于振子的共振阻尼而坍缩。因此，系统在这一点上经历了一个额外的相变，从超辐射相到原子布居数反转态的新的正常相。超辐射相区随着光子-声子耦合的增加而减小。当耦合达到临界值时，能级间的布居数收缩为零，两个能级间发生直接的原子布居数转移。此外，我们发现了一个不稳定的非零光子态，它是超辐射态的对应物。在没有振子的情况下，我们的结果完全退化为Dicke模型的结果.特别是N = 1时的基态能量（即Rabi模型）与数值对角化在很宽的耦合常数范围内完全一致，无论是红失谐还是蓝失谐。Rabi模型仍然存在Dicke相变，这与最近的观测结果一致.
2017-02-24 quant-ph
$\bf A^2$-robust superradiant phase transition in hybrid qubit-cavity optomechanics
Zhejiang Province Key Laboratory of Quantum Technology and Device, School of Physics and State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University（浙江大学量子技术与器件浙江省重点实验室、物理学院与现代光学仪器国家重点实验室）；Department of Physics, Wenzhou University（温州大学物理系）；International Quantum Academy, Shenzhen（深圳国际量子学院）
本文提出一种混合量子系统，通过引入辅助腔消除$A^2$项的影响，实现对超辐射相变的可控观测，并展示其在SPT点处的高阶压缩特性。
2025-12-24 quant-ph
Fully Collective Superradiant Lasing with Vanishing Sensitivity to Cavity Length Vibrations
JILA, NIST, and Department of Physics, University of Colorado（科罗拉多大学物理系、NIST 和 JILA）；Physikalisches Institut, University of Bonn（波恩大学物理研究所）
本文提出通过辅助腔耦合实现集体泵浦过程，解决原子钟连续波主动激光器中自发辐射的寄生加热问题，实现低至10^-14/g量级的谐振腔振动灵敏度。
2025-06-13 quant-ph
Superradiant Decay and Dipole-Dipole Interaction of Distant Atoms in a Two-Way Cascaded Cavity QED System
我们研究了一个由光纤耦合的微环形腔组成的双向级联腔QED系统。每个微环形腔支持两个反向传播的回音壁模式通过它们的倏逝场耦合到单个原子。我们研究了一对原子-微环系统，计算了单原子初始激发时进入光纤的自发发射谱。强耦合和坏腔制度，后者允许有效的原子-原子相互作用，通过原子-腔耦合和失谐控制：原子表现出集体自发发射，没有偶极-偶极相互作用或（相干）偶极-偶极相互作用和独立（单原子）的发射。这种切换相互作用特性的能力是双向耦合的一个特征，并将我们的双向级联系统连接到一维波导上。我们的坏腔结果的基础上，我们推广到许多原子微环系统通过光纤耦合。
2015-01-12 quant-ph
Deterministic single-atom source of quasi-superradiant $N$-photon pulses
我们提出了一个单原子，腔量子电动力学系统，兼容最近展示的，光纤集成的微和纳米腔设置，按需生产的光学数态，$0N$状态，和二项式码状态脉冲。该方案利用整个原子基态超精细能级内的拉曼跃迁，并利用激光和腔场与原子跃迁的失谐量远大于激发态超精细分裂。这使得动力学的一个简单的，腔阻尼的Tavis-Cummings模型与集体自旋确定的地面超精细水平的总角动量的减少。
2020-12-01 quant-ph
Nonclassical Many-Body Superradiant States with Interparticle and Spin-Momentum Entanglement
JILA and Department of Physics, University of Colorado（科罗拉多大学物理系与JILA）；Theoretische Physik, Universität des Saarlandes（萨尔兰州立大学理论物理学）；Physikalisches Institut, University of Bonn（波恩大学物理研究所）
该研究通过交叉腔系统实现非经典多体超辐射态，利用集体耗散动力学产生自旋-动量纠缠，并展示其在量子增强加速度传感中的应用。
2026-07-14 quant-ph
Dicke model semiclassical dynamics in superradiant dipolar phase in the 'bound luminosity' state
本文解析求解了Dicke模型在超辐射态下的半经典动力学方程，用雅可比椭圆函数描述振幅演化，并揭示了“束缚光度”效应中能量在原子与光子凝聚体间的周期性转换。
2023-09-21 quant-ph
Superradiant Cooling, Trapping, and Lasing of Dipole-Interacting Clock Atoms
一个冷原子气体与反转的人口过渡耦合到一个光谐振腔的场模式构成了激光器的一般模型。对于准连续操作，需要对原子进行外部泵浦、捕获和冷却以限制它们，从而在谐振器内实现足够的增益。由于倒置原子是蓝色失谐光场中的高场搜索器，因此将腔模式调谐到原子增益跃迁的蓝色侧允许将激光发射与受激腔冷却和原子在激光场的波腹处的偶极捕获相结合。我们研究这样的配置使用半经典描述沿腔轴的粒子运动。在早期工作的延伸，我们包括自由空间原子和腔衰减以及原子偶极偶极相互作用和它们相应的力。我们表明，对于一个适当的参数选择，即使在坏腔的限制，原子可以创建一个足够强的字段内的谐振腔，使他们被捕获和冷却通过超辐射激光作用与平均不到一个光子内的腔。
2019-12-09 quant-ph
Self ordering and superradiant backscattering of a gaseous beam in a ring cavity with counter propagating pump
研究了在对向泵浦的高Q环形腔中运动的热气体光束的空间自组织和集体相干后向散射的阈值条件。我们将粒子的光共振和光场之间的失谐限制在很大的范围内，其中自发发射可以忽略不计，粒子可以被看作是可极化的点质量。在粒子的加速静止坐标系中使用线性稳定性分析，我们导出了自组织作为粒子数、平均速度、温度和谐振器参数的函数的解析界。我们检查我们的结果，数值迭代过程以及直接模拟的N粒子动力学。由于动量守恒，后向散射强度决定了作用在云上的平均力，这就为快速分子束的停止和冷却提供了条件。
2006-11-21 quant-ph
Semi-classical Dynamics of Superradiant Rayleigh Scattering in a Bose-Einstein Condensate
玻色-爱因斯坦凝聚体由于其相干性和高光学深度，为研究原子-光的集体相互作用提供了理想的环境。玻色-爱因斯坦凝聚体中的超辐射光散射就是这种相互作用的一个有趣的例子。这是一个类似于迪克超辐射的过程，其中电子反转的样品集体衰变，导致在明确定义的方向上发射一个或多个光脉冲。通过对端面泵浦BEC超辐射光脉冲的时间分辨测量，研究了超辐射光散射与Dicke超辐射的密切联系。一个一维模型的系统产生良好的协议与实验数据，并表明，动力学的结果，建立在沿BEC的光和物质波场的结构。这为利用超辐射产生的原子-光子相关性铺平了道路。
2016-08-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Topological Superradiant Universality Classes in Cavity-Mediated Spin Chains
Eastern Institute of Technology（宁波东方理工学院）；Institute for Advanced Study in Physics and School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院与高等研究院）
本文研究腔介导自旋链，发现一类拓扑上不同的新型超辐射临界性，其临界线具有独特的边缘简并性，且该临界性具有普适性，在Zₙ簇量子位链中也存在。
2026-10-28 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Unveiling the BEC-droplet transition with Rayleigh superradiant scattering
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Rice University（莱斯大学）
利用超辐射光散射作为探测与控制工具，研究偶极镝气体中BEC到液滴的转变，通过散射效率非单调行为及膨胀动力学识别相变点，并追踪磁场方向对转变点的影响。
2026-09-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
A superradiant clock laser on a magicwavelength optical lattice
在非相互作用冷原子的光钟跃迁中，理想的超辐射激光器将具有远低于兆赫线宽的极高的频率稳定度和精度。在任何具体的装置中，必须在有限的腔模体积内限制和泵浦足够多的原子。使用魔波长晶格使光偏移最小化，并且允许几乎均匀地耦合到腔模式。尽管如此，原子仍然受到偶极-偶极相互作用和集体自发衰变的影响，这损害了最终的频率稳定性。在高密度极限下，Dicke超辐射线宽的增加将使激光谱线展宽，最近邻耦合将引起激光频率的漂移和起伏。我们估计的幅度和缩放这些影响的直接数值模拟的几个原子系统不同的几何形状和密度。对于处于规则填充魔波位形的锶，原子间相互作用仅引起小的激光频移，集体自发发射对激光的展宽作用很弱。这些相互作用通常增强了激光对腔长波动的敏感性，但对于最佳选择的操作条件，可以导致原子偶极子的同步改善。
2014-02-19 quant-ph
Superradiant phase transition in cavity magnonics via Floquet engineering
School of Physics, Hangzhou Normal University（杭州师范大学物理学院）；Interdisciplinary Research Center of Quantum and Photoelectric Information, and Anhui Research Center of Semiconductor Industry Generic Technology, Chizhou University（池州大学量子与光电信息交叉研究中心及安徽省半导体产业通用技术研究中心）；School of Physics and Electronic Information, Yunnan Normal University（云南师范大学物理与电子信息学院）；Zhejiang Key Laboratory of Micro-Nano Quantum Chips and Quantum Control（浙江省微纳量子芯片与量子控制重点实验室）
本文提出通过周期性调制磁子模式频率来工程腔体磁学中的超辐射相变，展示了通过Floquet驱动控制磁子和腔体有效频率，实现多种相态的转变与稳定性。
2026-09-24 quant-ph
Dynamical Casimir Effect in Superradiant Light Scattering by Bose-Einstein Condensate in an Optomechanical Cavity
研究了光机腔中玻色-爱因斯坦凝聚体超辐射光散射中的动态Casimir效应。该系统的研究使用经典和量子化的镜像运动。对于这两种情况，腔频率在时间上被谐波调制。感兴趣的主要量是腔内散射光子的数量。在弱调制和强调制下对系统进行了研究。已经观察到，散射光子的振幅对于经典镜运动比量子化镜运动更大。此外，最初，对于较低的调制幅度，散射光子的幅度高于较高的调制幅度。我们还发现，在强调制和弱调制下的量子化镜像运动的曲线的行为是相似的。
2013-08-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cavity-immune features in the spectra of superradiant crossover laser pulses
由于对腔噪声的灵敏度降低，在坏腔状态下的激光在精密计量中具有有希望的应用。在这里，我们研究了在mK热系综中$^{88}$ Sr的$^1$ S $_0 - ^3$ P $_1$线上的脉冲激光的光谱特性和相位行为，如arxiv：1903.12593中首次描述的。该系统工作在一个制度，多普勒展宽的原子跃迁线宽是几倍大于腔线宽。我们发现，通过失谐的腔谐振，可以消除的峰值激射频率上的腔噪声的影响，即使系统不深的坏腔区的一阶。实验结果进行了比较，一个模型的基础上的Tavis-Cummings哈密顿量，这使我们能够调查不同的热速度类之间的相互作用作为减少腔噪声的基本机制。这些速度依赖的动力学可以发生在脉冲激光和超辐射交叉制度的激光器的开启行为。
2021-05-19 physics.atom-ph quant-ph
Superradiant laser: Effect of long-ranged dipole-dipole interaction
从理论上研究了长程偶极-偶极相互作用（LRDDI）对超辐射激光（SL）的影响。这种效应是由耗散过程中的原子-光子相互作用引起的。在通常用来引发光致发光的坏腔极限下，我们证明了腔光子数随原子间距离的变化而振荡。同样，原子-原子相干性交替出现符号，交替显示SL操作中的临界跃迁。这表明在一个大的原子系综中出现的集体效应的复杂性。因此，SL中的这种效应不能简单地用整个系综的一部分来解释。我们数值求解了包含空间相关LRDDI的稳态SL，并在等距原子阵列的设置下，分别在最佳原子间距处找到了最大腔光子数和最小光谱线宽。有限数量的原子的缩放显示出优于没有LRDDI的稳态SL，这允许探测窄原子跃迁，并且可能用于精确测量和下一代光学时钟。
2016-09-02 quant-ph
Collectively enhanced Ramsey readout by cavity sub- to superradiant transition
本研究实验确认了超辐射发射的激发阈值，利用$\pi/2$-脉冲在Ramsey序列中实现亚辐射到超辐射跃迁，提出了一种快速、简单且高灵敏度的原子态读出新方法。
2023-06-26 physics.atom-ph quant-ph
Self-Induced Superradiant Masing
Vienna Center for Quantum Science and Technology, Atominstitut, TU Wien（维也纳量子科学与技术中心，原子研究所，维也纳工业大学）；Institute for Theoretical Physics, TU Wien（理论物理研究所，维也纳工业大学）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
研究揭示了自旋-自旋相互作用驱动混合系统超辐射动力学的新机制，通过谱孔填补实现自诱导马金效应，为超辐射马金效应研究提供新途径。
2025-08-06 quant-ph
Emergent dark states from superradiant dynamics in multilevel atoms in a cavity
研究了具有一般多级结构（角动量$F\leftrightarrow F'$）的原子与两种不同偏振态光场耦合时的集体衰变动力学。在对比两个级别的原子，我们发现，多层次的原子可以窝藏本征态是完全黑暗的腔衰减，甚至在子空间的置换对称状态（集体迪克流形）。暗态产生于不同的内部跃迁之间的相消干涉，并被证明是纠缠的。值得注意的是，多级原子的超辐射衰变可能最终停留在这些暗态之一，其中宏观部分的原子仍然处于激发状态。这为通过集体耗散制备物质的纠缠暗态打开了大门，可用于量子传感和量子模拟。我们的预测应该很容易观察到在当前的光学腔实验与碱土金属原子或拉曼修饰的过渡。
2022-05-19 cond-mat.quant-gas quant-ph
A superradiant two-level laser with intrinsic light force generated gain
针对连续波超辐射激光实现难题，提出利用双色相干泵浦产生的状态依赖光力在单模腔中集中激发态原子以形成连续增益，并通过二阶累积量展开与半经典模拟确定窄带连续运行参数区间。
2023-11-03 quant-ph
Superradiant phase transition with cavity assisted dynamical spin-orbit coupling
超辐射相变是一种重要的量子现象，它表现了原子与腔模耦合产生的集体激发。自旋轨道耦合是原子内部自由度和质心动量相互作用产生的另一种量子效应。在这项工作中，我们考虑了腔辅助的动态自旋轨道耦合，它来自于这两种效应的组合。它可以诱导出一系列有趣的量子现象，如在量子相变临界点附近的平坦谱和激发能谱的奇异性。进一步讨论了原子衰变和非线性耦合对相图的影响。原子衰变抑制了相图的奇异性，非线性耦合破坏了相变的对称性。我们的工作为研究这一动态多体系统中丰富的量子现象提供了理论方法。
2020-12-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Spontaneous superradiant photon current
本工作发现在具有对称性破缺的自旋-腔系统中，腔耗散与发射体相干性相互作用可自发产生从低频腔流向高频腔的反直觉稳态超辐射光子流，无需外部泵浦场。
2024-02-23 cond-mat.other quant-ph
Is there a no-go theorem for superradiant quantum phase transitions in cavity and circuit QED ?
在腔量子电动力学（QED）中，原子跃迁与腔场之间的相互作用由真空拉比频率$Ω_0$测量。类似的术语“电路QED”已经被引入约瑟夫森结，因为超导电路的行为就像耦合到谐振器的玻色子场的人造原子。在该制度与$Ω_0$可比的两级跃迁频率，“superradiant”量子相变的空腔真空已被预测，例如，在迪克模型。在这里，我们证明，如果考虑时间无关的光物质哈密顿量，超辐射量子临界点是禁止的电偶极原子跃迁由于振子强度和规则。在电路QED中，电容耦合类似于电偶极耦合：然而，由于其独特的希尔伯特空间拓扑结构和违反相应的求和规则，这种不通过性质可以通过与谐振器电容耦合的库珀对盒来规避。
2010-06-09 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Relaxation oscillations, stability, and cavity feedback in a superradiant Raman laser
利用激光冷却的$^{87}$ Rb喇曼激光器，实验研究了深工作于坏腔区的光学激光器的弛豫振荡和振幅稳定性。通过将激光场的测量与原子布居的非破坏测量相结合，我们推断出由集体原子布洛赫矢量表示的增益介质的响应。用一个简单的模型定性地解释了结果。测量和理论扩展到包括中间再泵浦状态的振荡器的闭环稳定性和稳定或增强弛豫振荡腔反馈的作用的效果。实验研究了深工作于坏腔区的光学激光器的稳定性，这将指导未来超窄线宽超辐射激光器的发展。
2013-01-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Squeezed light induced symmetry breaking superradiant phase transition
本文从理论上研究了在压缩光驱动下，高质量腔中量子比特集体系统的量子相变。我们证明了压缩光诱导对称性破缺可以导致量子相变而不需要超强耦合。利用标准平均场论，我们导出了量子相变的条件。令人惊讶的是，我们发现，存在一个三临界点的第一和第二阶相变满足。在特定的原子-腔耦合强度下，一阶和二阶相变都可以通过压缩光来控制，从而通过仅增加压缩光强度来导致从正常相位到超辐射相位的光学切换。这些相变的特征可以通过检测由压缩光强度控制的具有不同轮廓的相空间维格纳函数分布来观察。这种超辐射相变可以在各种量子系统中实现，包括光学腔中的原子、量子点和离子以及电路量子电动力学系统。
2019-07-01 quant-ph
A Superradiant Topological Peierls Insulator inside an Optical Cavity
我们考虑无自旋的超冷费米气体，它被紧紧地束缚在光学谐振腔的轴上，并被紧密调谐到谐振腔模式的激光横向照射。在某一阈值泵浦强度下，均匀气体密度打破$\mathbf{Z}_2$对称性朝向空间周期顺序，这共同地将泵浦光子散射到腔中。我们表明，这种已知的自序过渡也发生低场寻求费米子粒子时，激光是蓝失谐的原子过渡。在这种情况下，出射的超辐射光晶格是单极的，并且具有两个不同的二聚化。取决于自发选择的二聚化，所得到的布洛赫带可以具有由非零Zak相表征的非平凡拓扑结构。在费米动量接近腔模波数的一半的情况下，这里的佩尔斯不稳定性会在费米表面产生一个带隙的拓扑绝缘体，它拥有一对边缘态。系统的拓扑特征可以通过腔输出非破坏性地观察到：体的Zak相位与激光和腔场之间的相对相位相一致，而边缘态的指纹可以被观察为在腔谱的明确定义的频率窗口中的额外加宽。
2016-11-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Understanding and Improving Critical Metrology. Quenching Superradiant Light-Matter Systems Beyond the Critical Point
我们仔细研究临界计量学，并提出了一种改进的临界量子精密测量协议，该协议依赖于淬火的系统表现出超辐射量子相变超过其临界点。我们表明，这种方法可以导致指数增加的量子费舍尔信息的时间相对于现有的关键量子精密测量协议依赖于淬火接近临界点和观察幂律行为。我们证明了在我们的协议中，通过标准的零差检测方案的Cramér-Rao界限可以饱和。我们明确地显示了它的优势，使用的Dicke模型的原型设置和探索耦合到一个单模腔场作为一个潜在的平台的量子气体。在这种情况下，即使在没有$N$-体耦合项的情况下，量子Fisher信息的附加指数增强也可以在实际中用腔中的原子数$N$观察到。
2022-04-26 quant-ph
Dynamical phase transitions to optomechanical superradiance
本文从理论上分析了玻色原子在坏腔中的超冷气体的超辐射发射。原子的亚稳态偶极跃迁耦合到腔场并被非相干泵浦，腔-原子相互作用的力学效应使周期性腔势中的原子有序化。通过平均场模型，我们确定了腔参数和抽运率的条件，导致建立一个稳定的宏观偶极子发射相干光。我们表明，这种情况发生时，超辐射衰减率和泵浦速率超过阈值的光子反冲能量的顺序。在这些阈值以上，超辐射发射伴随着稳定的物质波光栅的形成，这些光栅对发射的光子进行反射。相反，在该区域之外，光机械耦合可以引起失相或混沌，对于所述失相或混沌，所发射的光分别是不相干的或混沌的。这些行为表现出动态相变的特征，并出现在全局光机械相互作用，量子涨落和噪声之间的相互作用。
2019-06-04 quant-ph
Lasing in the superradiant crossover regime
一种新的激光器，利用光和原子的相干性，是可能的，利用超冷碱土原子被困在一个光学腔体内的光晶格。不同的激光机制，包括超辐射，超辐射和常规激光，是由存储在原子和腔模的相对相干性区分。我们分析了在两个不同的实验实现区域的超辐射激光制度的物理。我们的计算证实了锶-87原子双禁戒时钟跃迁${}^3 P_0 \to {}^1 S_0$的超辐射激光的窄线宽。在88锶原子偶极禁戒跃迁${}^3 P_1 \to {}^1 S_0$的强驱动下，由于腔场的相干激发，超辐射线宽进一步变窄。
2018-09-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Steady-state superradiance with Rydberg polaritons
稳态超辐射激光器可以产生超窄线宽的光，在量子信息和精密计量等领域有着重要的应用。然而，这种激光器产生的光本质上仍然是经典的。在这里，我们表明，里德伯介质的引入到一个腔中含有原子与一个狭窄的光学跃迁可以导致超窄线宽$nonclassical$光的稳态超辐射发射。由里德伯介质引起的腔非线性强烈地改变了超辐射阈值，并导致腔输出光谱$-$中出现了一个Mollow三重态。这种行为可以理解为共振荧光的一种不寻常的模拟。腔输出光谱具有非常尖锐的中心峰，其线宽可以远窄于经典超辐射激光器的线宽。这种前所未有的光谱清晰度，加上光的非经典性质，可能会导致新的应用，其中光谱纯$quantum$光是理想的。
2016-11-02 quant-ph
Fermi-pressure-assisted superradiant transition with a mesoscopic Fermi gas in a cavity
Institute of Physics and Center for Quantum Science and Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所与量子科学与工程中心）
研究介观费米气体在腔体中的超辐射相变，发现费米压强辅助有序与泡利阻塞的交叉，展示光诱导力对自旋分量的影响，实现自旋密度波有序相。
2026-10-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Engineering atomic superradiance scaling in cavity QED system with collective and individual emission channels
本研究在腔QED系统中证明，原子-光子耦合能抑制集体超辐射标度并增强个体原子发射标度，为实现可控的集体发射提供了途径。
2025-10-14 quant-ph
Correlations and linewidth of the atomic beam continuous superradiant laser
本文提出最小模型解释连续超辐射激光器特性，通过哈密顿过程描述原子进出腔，推导持续发射条件，指出线宽由集体原子偶极量子涨落决定，并发现超辐射与原子关联增长相关但关联对线宽影响小。
2022-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Uniqueness of the Phase Transition in Many-Dipole Cavity Quantum Electrodynamical Systems
在光物质系统中超辐射相变的可能性是许多争论的主题，这是由于许多明显相互矛盾的不通过和反不通过定理。使用任意规范的方法，我们表明，一个独特的相变发生在原型的多偶极腔QED系统，它明确地体现通过宏观规范不变的极化。我们发现，规范的选择控制的程度，这种偏振包括作为辐射量子子系统的一部分，从而确定的程度异常阶段被归类为superradiant。这解决了长期存在的悖论的不去和反不去定理超辐射，这是指不同的辐射定义。
2020-11-03 quant-ph
Quantum phase transition of the two-dimensional Rydberg atom array in an optical cavity
利用平均场理论和大规模量子蒙特卡罗模拟，研究了光腔中二维里德伯原子阵列。里德伯原子之间的强偶极-偶极相互作用使系统呈现出晶体结构，二能级原子与腔场光子模的耦合导致极化激元的形成。它们之间的相互作用提供了一个丰富的量子相图，包括莫特，固体1/2，超辐射和超辐射固相。作为二级共存相，超辐射固相打破了平移对称性和U（1）对称性。通过数值计算和解析计算，我们发现超辐射固体的辐射区域比一维情况大得多，从而更容易在实验中观察到。最后讨论了里德伯原子的能隙对量子相变类型和三相点数目的影响。
2022-04-19 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cavity-Modified Collective Rayleigh Scattering of Two Atoms
本文报道了两个中性原子与单模光场强耦合的合作辐射的观测结果。通过对腔输出功率的监测，我们观察到了两个原子在一定相对距离下集体瑞利散射的相长干涉和相消干涉。由于腔对原子的反作用，相长双原子情况（$N=2$）的腔输出功率几乎等于单发射极情况（$N=1$），这与人们期望功率的$N^2$缩放的自由空间相反。这些影响的定量解释的经典模型，以及由量子力学模型的基础上迪克状态。我们提取原子位置处光场的相对相位信息，并采用先进的冷却来降低建设性和破坏性原子配置之间的跳跃率。因此，我们提高了对系统的控制，使涉及光学腔的两原子纠缠方案的实现成为现实。
2015-01-15 quant-ph
Superradiant droplet emission from a single hydrodynamic cavity near a reflective boundary
研究通过实验考察单个流体力学空腔与浸没反射屏障的相互作用，发现屏障可增强液滴发射并产生随镜像距离变化的正弦超辐射调制。
2024-08-05 physics.flu-dyn quant-ph
The Hofstadter Butterfly in a Dynamic Cavity-Induced Synthetic Magnetic Field
在均匀磁场穿过的正方形晶格势中，电子的能带呈现出一种称为霍夫斯塔德蝴蝶的分形结构。本文研究了沿腔轴倾斜的线性腔中二维光晶格中的费米气体。沿腔轴的跳跃仅由横向泵浦光到驻波腔模的共振拉曼散射引起。选择一个合适的泵的几何形状允许实现的Hofstadter-Harper模型与腔诱导的动态合成磁场，它出现在超辐射相变的开始。这种腔诱导合成磁场的动力学性质源于集体超辐射散射和底层分形能带结构之间的微妙相互作用。使用六阶展开的自由能作为序参量的函数，并通过数值模拟，我们表明，在低磁通量的超辐射有序相变是一阶，而它成为二阶较高的磁通量。动态性质的磁场诱导一个非平凡的变形的霍夫施塔特蝴蝶在超辐射阶段。在强抽运下，我们恢复了在静态磁场中得到的Hofstadter蝶形。
2020-02-05 cond-mat.quant-gas quant-ph
Coherent Rabi dynamics of a superradiant spin ensemble in a microwave cavity
我们实现了在高度富集的$^{28}$ Si晶体和3D介质谐振器中的磷施主自旋系综之间的强耦合机制。自旋极化超过玻尔兹曼平衡使用自旋选择性光学激发的非声子束缚激子跃迁，导致在$N$ = $3.6\cdot10^{13}$未配对自旋的合奏。我们在品质因数为75，000（$γ\ll κ\approx$ 60 kHz，其中$γ$和$κ$分别是自旋退相率和腔损耗率）的腔中观察到2 $g\sqrt{N}$ = 580 kHz（其中每个自旋与强度$g$耦合）的自旋系综-腔极化激元共振的简正模分裂。自旋系综具有长的退相时间（T $_2^*$ = 9 $μ$ s），提供了宽的窗口用于观察耦合自旋系综-腔系统的动力学。自由感应衰减显示了多达12次的坍缩和复苏，揭示了自旋系综的超辐射态和腔之间以$g\sqrt{N}$的速率进行的相干激发交换。根据Tavis-Cummings模型，由于最小的非均匀加宽和均匀的自旋-腔耦合，发现系综演化为单个大的赝自旋。我们证明了独立控制的总自旋和初始Z-投影的赝自旋分别使用光激发和微波操纵。我们改变微波激发功率旋转的布洛赫球上的赝自旋，并观察到一个长的延迟在发病的超辐射发射的赝自旋接近完全反转。这种延迟是伴随着一个突然的$π$相移的赝自旋微波发射。用Tavis-Cummings模型解释了这种延迟随初始角度的变化和突然的相移。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of Tunable Superradiant Frequency Combs
Stanford University（斯坦福大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过量子点与超导谐振腔耦合，发现驱动下非平衡多体动力学中连续波到周期脉冲超辐射的相变，并实现双轨超辐射频率梳。
2026-04-17 quant-ph
Modelling superradiant amplification of Casimir photons in very low dissipation cavities
纳米技术和原子物理学的最新进展可能允许演示动态卡西米尔效应。以高质量电磁谐振腔谐振频率的两倍相干驱动薄膜体声波谐振器阵列可以产生稳态的卡西米尔光子。这些检测使用碱金属原子束制备在一个倒置的人口超精细状态，与诱导超辐射爆发产生可检测的射频信号。我们在这里描述的超辐射和超荧光的动力学模拟的结果，其目的是优化参数的卡西米尔光子的可探测性。当超辐射寿命短于耗散时间时，我们发现超辐射演化的性质相似，但显着慢于通常的有损情况下。
2008-10-17 quant-ph
A naturally trapped rare-earth doped solid-state superradiant laser clock
提出了一种对腔镜振动几乎不敏感的固体超辐射激光器。因此，它可以与最好的频率稳定的本地振荡器竞争。长的相干时间和大的光密度的稀土离子（REIs）掺杂的固体被用来找到一个政权，以证明一个稳定状态的激光发射线宽小于原子衰变率。根据平均场论，讨论了实验参数，计算了腔内光子数和激光线宽。提出了一种测量激光绝对线宽的方法。
2020-03-31 quant-ph
Superradiant Phase Transitions and the Standard Description of Circuit QED
研究了含有大量人工原子的超导回路QED系统的平衡行为。它表明，目前接受的标准描述电路QED通过一个有效的模型失败在一个重要的方面：它预测的超辐射量子相变的可能性，即使一个完整的微观处理揭示了一个不去定理，这种相变已知的腔QED适用于电路QED系统以及。我们将不通过定理推广到多能级原子的情况，从而使它更适用于实际的腔或电路QED系统。
2011-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-Mediated Gas-Liquid Transition
本研究在二元玻色-爱因斯坦凝聚体中，通过腔辅助拉曼过程耦合自旋分量，发现腔超辐射与量子液滴形成协同驱动气液转变，并呈现腔场突变和线性标度等特征信号。
2025-06-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Floquet Engineering of Non-Equilibrium Superradiance
我们证明了耗散Rabi-Dicke模型中出现的非平衡超辐射相。这个阶段的特点是由一个光子的稳定状态，振荡的频率接近腔频率，在Dicke模型中的平衡超辐射相的恒定的光子稳定状态。我们将这种超辐射相位与Floquet态的粒子数反转联系起来，通过引入腔中受驱动的两能级系统的Schwinger表示。这种反转在Floquet能量附近耗尽，Floquet能量与腔频率共振以维持相干光场。特别是，我们的模型适用于固体内的双带近似，其中的电子作为Schwinger费米子。我们建议使用这种Floquet辅助的超辐射相，以获得可控的光学增益的激光类操作。
2022-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase diagram for injection locking a superradiant laser
我们从实验和理论上研究了超辐射或坏腔激光器对外加相干驱动的响应。我们观察到两种形式的同步（注入锁定）之间的超辐射合奏和应用驱动器：一个吸引力和排斥的性质。我们解释的排斥区域所产生的更高的三维描述的原子自旋状态，存储在超辐射激光的激光相干性，而不是一个传统的良好的腔激光器中的电场的两个参数的描述。我们推导出预测行为的相图，并通过实验测量系统在不同轨迹上的响应。
2014-06-19 nlin.AO physics.atom-ph quant-ph
Cavity Mediated Collective Spin Exchange Interactions in a Strontium Superradiant Laser
激光冷却和量子简并原子被广泛地用作量子模拟器，可以解释强相关材料系统的行为，并作为当今最精确的传感器的基础。实现这些目标的一个关键挑战是理解和控制原子之间的相干相互作用。在这里，我们观察到远程交换相互作用介导的光学腔，这表现为可调自旋自旋相互作用的赝自旋1/2系统组成的毫赫兹线宽时钟过渡锶。我们观察到所谓的一轴扭转动力学，出现了多体能隙，和签名的间隙保护的光学相干性对某些来源的退相干。这些效应表现在输出的脉冲，超辐射激光器上的毫赫兹线宽过渡。我们的观察将有助于在未来设计的多功能量子模拟器，利用独特的控制和探测能力的腔QED和丰富的内部结构的长寿Sr原子。它们还为下一代利用量子相关性增强计量学的原子钟开辟了一条道路。
2017-11-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Diversity of Superradiant Phase Transitions in the Bose-Fermi System under Tight-Binding Model in the Weak-Coupling Regime
本文研究一维紧束缚电子链与单模光学腔耦合的玻色-费米系统，揭示弱耦合区超辐射相变的多稳态和自发对称性破缺多样性，为可调量子固体器件在量子信息处理和计量学中的应用提供新见解。
2025-05-09 cond-mat.str-el quant-ph
Nonreciprocal superradiant quantum phase transition induced by the magnon Kerr effect
School of Physics, Hangzhou Normal University（杭州师范大学物理学院）；Department of Physics, Wenzhou University（温州大学物理系）；International Quantum Academy, Shenzhen（深圳量子研究院）
本文提出利用磁子凯尔效应在腔磁系统中实现非互易超辐射量子相变，通过研究磁子占据和波动揭示非互易相变特征，提出双向对比度量化非互易行为。
2026-04-04 quant-ph
Superradiant lasing in inhomogeneously broadened ensembles with spatially varying coupling
超辐射激光对光钟跃迁的理论研究预言了与裸原子线宽密切相关的极好的频率准确度和精度。当激光模式的光谱宽度比原子介质的光谱宽度大得多时，这种超辐射激光器对腔波动也是鲁棒的。最近的预测表明，这种独特的功能仍然存在，即使是一个热的，因此强烈增宽的合奏，提供有效的原子数是足够大的。在这里，我们使用二阶累积量展开的方法来研究这样的超辐射激光的功率，线宽和线位移的函数的非均匀宽度的合奏，包括空间原子内的谐振腔场耦合的变化。我们提出的条件上的原子数，泵浦和耦合强度所需的集体原子的相干性，以及可实现的激光线宽的缩放和限制的建设。
2021-10-29 quant-ph
Dissipative dynamics and superradiant countinuous time crystal in a Rydberg-interacting Dicke system
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Shandong Normal University（山东师范大学）
研究Rydberg-修饰Dicke系统中耗散与相互作用的相互作用，揭示其非平衡动力学及超辐射连续时间晶体相的形成机制。
2026-10-26 physics.optics quant-ph
