Fast, High-Fidelity, Quantum Non-demolition Readout of a Superconducting Qubit Using a Transverse Coupling
虽然相对容易设计，但量子位和腔模式之间的静态横向耦合仅在量子位和腔之间的耦合远小于它们的相互失谐时才满足量子非破坏（QND）测量的标准。这可能会对测量速度造成很大限制，需要在电路设计中在耦合、失谐和腔模引入的退相干之间进行权衡。在这里，我们研究了一个电路，其中量子位腔和腔馈线耦合可以打开和关闭，这有助于隔离量子位。我们不依赖于色散近似或双折射近似，而是求解量子比特和腔模之间的完全横向相互作用。我们表明，通过仔细选择失谐和相互作用时间，我们可以利用量子位腔动力学中的递归，从而可以进行非常快速，高保真度的QND测量。在这里，量子位测量的执行更像是量子位和腔之间的门操作，其中腔状态可以以时序方式被放大、压缩和释放。此外，我们还表明，非共振近似的非爆破性能比其色散性能更快地分解，这表明迄今为止的许多色散测量已经在QND制度之外实施。
2019-06-05 math.OC quant-ph
Endoscopic Tomography and Quantum-Non-Demolition
我们提出了一种测量腔中辐射场单模--信号场--的量子态的方法，即通过量子非破坏哈密顿量将其耦合到高度压缩态的米波场。我们表明，量子态层析成像的米场使用平衡零差检测提供了完整的信息的信号状态。我们讨论了仪表的测量对信号场的影响。
1998-12-17 quant-ph
Taming an Optical Schroedinger's cat - A quantum non-demolition approach
描述了一个在腔模中表征光学猫态的干涉实验。我们的方法描述了如何测量组成猫态的不同相干态的振幅和相位。我们表明，使用最近提出的量子非爆破测量技术，我们可以绕过相干态叠加测量中固有的退相干问题。
2017-06-28 quant-ph
Single-Shot Quantum Non-Demolition Measurement of a Quantum Dot Electron Spin, using Cavity Exciton-Polaritons
我们提出了一个方案，执行单次量子非破坏（QND）读出的电子自旋被困在半导体量子点（QD）。我们的建议依赖于量子点电子自旋与光激发的量子阱（QW）微腔激子-极化激元的相互作用。量子点电子和腔极化激元之间的自旋相关库仑交换相互作用导致左旋偏振光的相位和强度响应不同于右旋偏振光的相位和强度响应，以这种方式，量子点电子的自旋可以从对线偏振探针的响应中推断出来。我们表明，通过精心设计的样品与耦合量子点和量子阱，它是可能的，以消除自旋翻转拉曼跃迁。因此，QD电子自旋的QND测量可以在几十纳秒内以保真度$\sim 99.9$ %执行。这在多个度量（包括速度和可扩展性）上改进了当前光学QD自旋读出技术。
2013-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum non-demolition measurements of moving target states
提出了一种利用量子系统与米制系统的共振耦合和纠缠探测量子系统态的方案。通过连续测量可观测的时间演化仪，我们推断出纠缠系统的演化，并最终推断出感兴趣的系统的状态和动力学。因此，在腔场的光子数解决了通过模拟监测的时间依赖的激发态布居的共振耦合的二能级系统，我们建议把这作为一个扩展的量子非爆破测量与潜在的应用在量子精密测量和量子计算。
2022-01-18 quant-ph
Fast quantum non-demolition readout from longitudinal qubit-oscillator interaction
我们展示了如何利用纵向量子位-振子相互作用实现高保真量子非破坏量子位读出。这通过在腔频率处调制纵向耦合来实现。量子位-振荡器相互作用然后充当腔上的量子位状态依赖驱动，这种情况与标准色散情况根本不同。可以利用单模压缩来指数地增加该读出协议的信噪比。我们在电路量子电动力学和一个可能的多量子位架构中实现了这个想法。
2015-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heterodyne non-demolition measurements on cold atomic samples: towards the preparation of non-classical states for atom interferometry
我们报道了一个新的实验，通过量子非破坏（QND）测量冷原子样品制备在一个高精细环形腔中的非经典原子态。为QND检测开发的外差技术对于几百\muW的本地振荡器光功率和几GHz的检测带宽表现出光散粒噪声限制行为。这种探测工具用于单次通过非破坏性地跟踪原子样品在拉比振荡或自旋回波干涉序列下的内部状态演化。
2011-06-29 quant-ph
Quantum Zeno Effect in the Quantum Non-Demolition Detection of Itinerant Photons
我们使用量子非破坏（QND）测量分析巡游光子的检测。我们表明，由于连续测量的反作用在这样的计划中的检测器的效率施加了限制。我们说明了这一点，使用一个设置，信号光子必须进入一个腔体，以分散检测。在这种方法中，测量信号是施加到通过第二腔模式的强光束的相移。保真度的限制是量子芝诺效应的后果，我们讨论了测量过程的分析结果和量子轨迹模拟。
2008-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-Non-Demolition Endoscopic Tomography
本文提出了一种间接测量腔体中单模电磁场量子态的新方法。我们的建议结合了（内窥镜）探测和层析成像的想法，在这个意义上，信号场耦合通过量子非破坏哈密顿量的米场，然后量子态层析成像使用平衡零差检测。该技术提供了关于信号状态的全部信息。我们还讨论了仪表的测量对信号场的影响。
1998-08-26 quant-ph
Continuous quantum non-demolition measurement of Fock states of a nanoresonator using feedback-controlled circuit QED
提出了一种通过反馈控制耦合电路QED系统实现纳米机械谐振腔Fock态量子非破坏（QND）测量的方案。库珀对盒（CPB）耦合到纳米谐振器和微波腔两者。CPB通过腔上的零差检测读出，并且反馈控制用于实现CPB的非耗散测量。这实现了间接QND测量的纳米谐振器通过二阶耦合的CPB的纳米谐振器数运算符。可以通过对导出的随机主方程进行积分或者通过对测量信号进行处理来确定福克态的声子数。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon
光子探测器是在量子极限下测量电磁波的基本工具，在通信、传感和计算等新兴量子技术中需求量很大。特别感兴趣的是量子非破坏（QND）型检测器，其将光子模式的量子态投影到光子数基础上而不影响时间或空间性质。这与传统的光子探测器形成鲜明对比，传统的光子探测器吸收光子以触发“点击”，从而不可避免地破坏光子。最近，在光域中使用腔中的单个原子证明了长期寻求的飞行光子的QND检测。然而，尽管最近使用超导电路的微波量子光学取得了进展，但微波的对应物一直难以捉摸。在这里，我们实现了一个确定性的纠缠门之间的超导量子比特和传播的微波脉冲模式反射的腔体包含量子比特。使用纠缠和高保真量子比特读出，我们证明了一个QND检测的单光子的量子效率为0.84，光子的生存概率为0.87，和暗计数概率为0.0147。我们的方案可以作为连接远程量子比特模块的量子网络的构建模块，以及用于多光子信号的微波光子计数设备。
2017-11-15 quant-ph
Degeneracy-preserving quantum non-demolition measurement of parity-type observables for cat-qubits
任何量子纠错方案的中心要求是执行错误校正子的量子非破坏测量的能力，对应于编码方案的特殊对称性。特别重要的是，这样的测量不引入额外的误差机制，不包括在校正方案的误差模型中。在这封信中，我们确保这样的鲁棒性，通过设计一个相互作用的测量设备，保持退化的测量观察。更准确地说，我们提出了一个方案，执行连续和量子非破坏测量的光子数宇称在微波腔。这对应于一类称为猫码的纠错码中的错误伴随式，猫码最近被证明对于量子信息处理是有效的和通用的。在我们的设计中，我们利用强非线性哈密顿的高阻抗约瑟夫森电路，耦合高Q腔存储腔模式的低Q读出之一。通过在其谐振处驱动读出谐振器，反射/透射信号的相位携带关于高Q模式的编码猫量子比特的奇偶类型可观测量的直接可利用信息。
2016-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Progressive field-state collapse and quantum non-demolition photon counting
被测微观系统的不可逆演化是量子理论的核心特征。从一个初始状态，通常表现出量子不确定性的测量可观察，系统被投射到一个状态，在该状态下，这个可观察变得精确已知。它的值是随机的，其概率由初始系统的状态决定。由测量引起的演化（称为“状态变化”）可以是渐进的，积累了基本状态变化的影响。在这里，我们报告的观察，这样一个逐步崩溃的非破坏性测量存储在一个腔场的光子数。原子的行为就像微观时钟一样，连续地穿过腔。通过测量光引起的时钟速率的变化，信息被逐步提取，直到最初不确定的光子数收敛到一个整数。重复测量之间的相关性证明了光子数扩散的抑制。该程序说明了所有的量子测量的假设（状态崩溃，统计结果和可重复性），并应促进研究非经典领域被困在腔。
2007-07-26 quant-ph
Detuned Mechanical Parametric Amplification as a Quantum Non-Demolition Measurement
最近已经证明，弱连续位置检测与失谐参数驱动的组合可以导致显著的稳态机械压缩，远远超过通常与参数驱动相关联的3 dB限制。在这项工作中，我们展示了这种失谐方案和量子非破坏（QND）测量一个单一的力学正交之间的密切联系。特别是，我们表明，应用实验现实失谐参量驱动腔光机系统允许一个有效地实现QND测量，尽管在坏腔的限制。在强压缩的限制，我们表明，该计划提供了显着的优势，超过标准的反作用规避，不仅允许操作在弱测量和低效率的制度，而且在机械状态的纯度。
2014-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum correlations of two optical fields close to electromagnetically induced transparency
研究表明，在接近电磁感应透明的$Λ$组态中，两个腔模激发三能级原子，可以产生强压缩亮光束或关联光束，这些光束可用于量子非破坏测量.输入强度是将系统调谐成挤压器或量子非破坏装置的实验“旋钮”。量子关联在临界点处变得理想，其特征在于平均场强度出现开关行为。我们的预测，基于一个现实的全量子三能级模型，包括腔损耗和自发发射，允许与未来的实验直接比较。
2007-01-18 quant-ph
Quantum electrodynamics of non-demolition detection of single microwave photon by superconducting qubit array
通过一贯地应用量子电动力学的形式主义，我们发展了一个全面的理论框架，描述了单个微波光子与波导谐振腔中超导transmon量子比特阵列的相互作用。特别地，我们分析了微波光子对阵列响应于激发谐振器的弱探测信号的影响。研究表明，高品质因数腔提供更好的光谱分辨率的响应，而具有中等品质因数腔允许更好的灵敏度为一个单光子检测。值得注意的是，我们的分析表明，在实际的系统参数范围内，即使是腔中的单个量子比特也可以检测到单光子信号。我们还讨论了光子的量子特性和谐振腔的电动力学特性对量子比特阵列响应的影响。我们的研究结果提供了一个有效的理论背景，通知量子器件的开发和设计组成的量子位阵列，特别是对于那些使用腔的传输或反射的显式表达式是必需的。
2022-12-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Single-Shot Quantum Non-Demolition Detection of Itinerant Microwave Photons
单光子探测是量子光学中许多实验的重要组成部分，但在微波领域仍然具有挑战性。我们实现了一个量子非爆破探测器的传播微波光子，并使用单光子源的性能进行了表征。为此，我们在入射光子和超导人工原子之间实现了一个腔辅助条件相位门。通过在Single Shot中读出该原子的状态，我们达到了71%的内部光子检测保真度，受限于量子比特的相干特性。通过表征场的相干性和从探测器反射的光子的平均数，我们证明了它的量子非破坏性。我们设想在量子比特之间产生预示的远程纠缠和在传播的微波光子之间实现逻辑门的应用。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reduction and possible elimination of coating thermal noise using a rigidly controlled cavity with a QND technique
镜面热噪声是高精度测量中的重要问题之一，如引力波探测、冷阻尼实验等。本文指出，多层膜反射镜的热噪声可以通过机械分离膜层来降低。在本文中，我们介绍了一种通过锁定机械分离镜来进一步降低热噪声的方法。这种减少受到控制噪声的标准量子极限的限制，但它可以用量子非破坏技术来克服，这最终提高了完全消除涂层热噪声的可能性。
2008-11-11 quant-ph
Measurement Back Action on Qubit Systems by a Cavity Probe
研究了在非破坏量子测量方案中，量子腔探针对耦合多量子比特系统的反作用。导出了精确的量子态随机薛定谔方程，系统地研究了腔探针中多量子比特系统的量子纠缠动力学.虽然量子纠缠不能通过实验直接测量，但通过精确的量子态随机方程，可以证明多量子比特系统中量子纠缠的反作用.结果表明，对量子测量灵敏度的分析不仅要考虑正则算符的标准量子极限，还要考虑对量子纠缠的反作用.我们的新方法为研究腔探针引起的测量反作用对多量子比特系统的影响提供了一种理论方法。
2018-03-30 quant-ph
Feedback generation of quantum Fock states by discrete QND measures
提出了一种在微波腔中制备光子数态的反馈方案。腔场的量子非破坏（QND）测量提供了关于其实际状态的信息。控制包括在注入到腔模式的微波脉冲调整，以最大限度地提高所需的目标光子数的人口。在理想情况下（完美腔和测度），基于上鞅和其他概率论，通过随机李雅普诺夫方法给出了反馈方案及其详细的收敛性证明.量子蒙特卡罗模拟与实验参数进行说明这种反馈方案的收敛性和鲁棒性。
2009-05-04 quant-ph
Past quantum state analysis of the photon number evolution in a cavity
量子系统可以通过与仪表的重复相互作用进行监测，然后进行检测。因此，系统在时间t的状态取决于直到该时间为止所获得的信息。然而，过去的量子态（PQS）[S. Gammelmark等人，Phys. Rev. Lett. 111，160401（2013）]。它依赖于系统演化的各个方面，这些方面在过去和未来都有记录。将PQS分析用于腔中量子非破坏光子数计数，可以揭示隐藏在标准方法中的信息，并能分辨更大范围的数态。该实验证明了PQS分析的强大潜力。
2014-09-03 quant-ph
Improving the Q factor of an optical atomic clock using quantum non-demolition measurement
量子非破坏性测量（QND）是操纵量子系统的一个重要工具。它允许提取特定的信息，同时仍然保留系统的脆弱量子可观测量。在这里，我们将基于腔的QND测量应用于光晶格钟-一种具有无与伦比的频率精度的原子钟-以80%的保真度读出后保持原子的量子相干性。我们应用这种技术，通过一系列重复的QND测量稳定的相位的超稳定激光相干原子态。我们利用超稳激光器的相位相干性提高的优点，将Ramsey光谱时间从300 ms延长到2 s，实现了对独立的光晶格时钟的解调。使用这种技术，我们保持95%的对比度，并观察到时钟的\emph{Q}因子增加到$1.7\times10^{15}$的7倍。
2020-10-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Tracking Photon Jumps with Repeated Quantum Non-Demolition Parity Measurements
由于量子信息的脆弱性，量子纠错（QEC）是实用化量子计算机所必需的。在QEC中，信息被冗余地存储在一个大的希尔伯特空间中，并且必须监视一个或多个可观测量以揭示错误的发生，而不干扰编码在未知量子态中的信息。这样的可观测量，通常是多量子比特奇偶校验，例如，必须对应于编码方案固有的特殊对称性。<XXXX>对这些可观测量或错误综合征的测量也必须以量子非破坏（QND）的方式进行，并且比错误发生的速率更快。以前，能量本征态之间的量子跳跃的QND测量已经在诸如捕获离子、电子、腔量子电动力学（QED）、氮空位（NV）中心和超导量子比特的系统中进行。然而，到目前为止，还没有实现对错误综合征的快速和重复监测。在这里，我们跟踪一个可能的错误综合征，微波腔的光子数奇偶校验的量子跳跃，通过映射到一个辅助量子比特这个属性。这个量正是最近提出的一个方案所需的错误综合征，该方案使用谐振子中的薛定谔猫态来实现硬件高效保护的量子存储器。我们证明了投影性质的奇偶本征空间上的测量通过观察崩溃的相干态到偶数或奇数猫状态。与腔寿命相比，测量是快速的，具有高的单次保真度，并且每次测量保持宇称不变的概率为99.8%。结合之前实现的猫态中量子信息的确定性编码，我们演示的QND奇偶跟踪代表了实现延长量子比特寿命的主动系统的重要一步。
2013-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nuclear spin squeezing by continuous quantum non-demolition measurement: a theoretical study
我们提出利用基态氦3核自旋与环境的弱耦合，在室温气室中产生长寿命的宏观量子态，即核自旋压缩态.为了对极化集体核自旋的横向分量进行量子非破坏测量，我们在氦-3亚稳态中维持一个粒子数，并进行放电。与$F=1/2$亚稳能级相关的集体自旋通过亚稳交换碰撞与基态自旋杂交。为了获得核自旋涨落，人们连续测量从光学腔泄漏出来的光，在那里它与亚稳态集体自旋色散地相互作用。在三个耦合集体自旋模型（核、亚稳和Stokes模型）中，计算了时间平均光信号条件下核自旋压缩分量$I_z$的矩。在光子计数方案中，压缩的可观测量是$I_z^2$而不是$I_z$。在零差检测方案中，我们以测量为条件求解系统状态的随机方程; $I_z$的条件期望值线性地依赖于信号，而$I_z$的条件方差不依赖于信号。条件方差随着$(Γ_{\rm sq}t)^{-1}$而减小，其中，在弱原子时，压缩率$Γ_{\rm sq}$与腔中的光强成线性关系。场耦合和饱和在强耦合到基态亚稳交换有效率，成比例的亚稳原子密度。包括去激发的亚稳原子在墙壁上，诱导核自旋退相干与有效率$γ_α$，我们发现一个限制$\propto(γ_α/Γ_{\rm sq})^{1/2}$的条件方差达到一个时间$\propto(γ_αΓ_{\rm sq})^{-1/2}$。
2021-04-16 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Error Correction of a Qubit Loss in an Addressable Atomic System
提出了一种利用可寻址光晶格中的中性原子进行量子计算时量子比特丢失误差的校正方案。首先使用量子非破坏测量来检测量子比特丢失，然后通过在空出的晶格位置中插入新原子来转换为标准量子比特错误。逻辑量子比特在这里用Grassl-Beth-Pellizzari码编码成四个物理量子比特，通过一个投影测量、两个单量子比特门和三个受控非操作的序列来重建。不需要辅助量子位。量子非破坏和投影测量都是使用腔QED系统实现的，该系统还可以检测一般的泄漏误差，从而允许在相同的框架内校正量子比特丢失。该方案也可以应用于量子计算与囚禁离子或光子。
2005-10-03 quant-ph
Theory of a Quantum Scanning Microscope for Cold Atoms
我们提出并分析了一种扫描显微镜，以监测“活”的冷原子的量子动力学腔QED设置。该显微镜测量原子密度与亚波长分辨率通过色散耦合腔和零差检测的连续测量理论的框架内。我们分析两种操作模式。首先，对于固定的焦点，显微镜记录原子的波包动力学，其时间分辨率由腔寿命设定。其次，显微镜的空间扫描用于绘制出静止量子态的空间密度。值得注意的是，在后一种情况下，对于一个良好的腔极限，显微镜成为一个有效的量子非破坏（QND）设备，这样的运动本征态的空间分布可以测量反作用免费在单次扫描，作为紧急QND测量。
2018-05-24 quant-ph
Measurement-induced macroscopic superposition states in cavity optomechanics
我们提出了一种新的建议，用于产生宏观上不同的状态的体机械振荡器的量子叠加，兼容现有的光机械设备操作在容易实现的坏腔限制。该方案基于脉冲腔光机械量子非破坏（QND）相互作用，由位移非高斯态驱动，测量引起的反馈，避免了强单光子光机械耦合的需要。此外，我们表明，单正交冷却的机械振荡器是足够的有效的状态准备，我们概述了一个三脉冲协议，包括一个序列的QND相互作用的挤压增强冷却，状态准备，和断层扫描。
2016-01-07 physics.optics quant-ph
Entanglement purification of Gaussian continuous variable quantum states
我们描述了一种从双模压缩态或混合高斯连续纠缠态高效产生最大纠缠态的纠缠纯化方案。该协议依赖于一个本地量子非爆破测量的总激发数的几个连续变量纠缠对。我们提出了一种利用腔增强的交叉克尔相互作用进行这种测量的光学方案。
2000-09-26 quant-ph
All Optical Switch of Vacuum Rabi Oscillations: The Ultrafast Quantum Eraser
研究了单级联三能级量子发射体与微腔强耦合的全光时间控制。我们发现，只有特定的到达时间的控制脉冲成功地关闭拉比振荡。根据控制脉冲的到达时间，可以观察到各种奇异的非绝热腔量子电动力学效应。我们发现，只有特定的到达时间的控制脉冲能够突然关闭和打开腔光子的一阶相干性，而不影响它们的强耦合布居动力学。这种行为可以理解为量子互补性的表现。
2010-10-04 quant-ph
Quantum Non-demolition Detection of Single Microwave Photons in a Circuit
对量子测量的彻底控制是量子信息技术发展的关键。许多测量是破坏性的，从系统中删除的信息比它们获得的更多。量子非破坏（QND）测量允许给出相同本征值的重复测量。它们可以用于几个量子信息处理任务，如纠错，测量准备和单向量子计算。实现光子的QND测量尤其具有挑战性，因为探测器必须对光子完全透明，同时仍然获取有关光子的信息。在超导电路中操纵微波光子的最新进展增加了对在千兆赫频率范围内操作的QND检测器的需求。在这里，我们展示了一个QND检测方案，测量芯片上的高品质因数微波腔体内的光子数。该方案通过量子比特-光子逻辑门将光子数映射到单次激发的量子比特态。我们通过分析重复测量的平均相关性来验证该装置的操作，并表明它是90%QND。它不同于以前报道的探测器，因为它的灵敏度是强选择性的光子数状态。这个方案可以用来监测量子计算机中基于光子的存储器的状态。
2010-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Quick Introduction to the strong coupling regime of Cavity Quantum Electrodynamics: applications and fundamental quantum theory
自从现代物理学的几位创始人的光子箱实验以来，在区分量子世界和经典世界方面已经取得了相当大的进展。在这一追求中，腔作为一个开放量子系统已经不可或缺。从超导腔中原子和场的量子化开始，出现了EPR型纠缠的独特领域。这样，在强耦合区系统的动力学演化与原子与腔内单个共振或非共振模的耦合密切相关。更具体地，可以制备腔，使得在期望的状态下检测原子。在这里，腔量子电动力学（QED）的强耦合制度的实质审查与单原子跃迁调谐腔。简要介绍了系统的方法，更引人注目的效果，导致拉姆齐干涉术和量子非破坏测量作为手段的量子门协议。由于原子和光子态的完整性对于量子计算的发展是非常重要的，因此对退相干问题也作了简要的讨论。本文档旨在以一种使那些在物理学密切相关领域工作的人容易理解的方式介绍该主题，并强调有关退相干和测量问题的关键应用和一些基本问题。
2014-12-01 quant-ph
Quantum interface between a transmon qubit and spins of nitrogen-vacancy centers
混合量子线路结合了各个系统的优点，为量子信息处理提供了一个很有前途的平台。在这里，我们提出了一个实验方案，直接耦合一个transmon量子位到一个单独的自旋在氮空位（NV）中心，与耦合强度的三个数量级大于一个单一的自旋耦合到微波腔。transmon和NV中心之间的这种直接耦合可以用于形成transmon总线，从而导致不同单自旋之间的相干虚拟交换。此外，我们还证明了通过将一个transmon耦合到一个低密度NV系综上，可以实现transmon和NV系综之间的SWAP操作，并在腔-transmon-NV系综混合系统上实现NV系综态的量子非破坏测量.此外，在该系统上，可以在腔和NV系综之间实现虚拟耦合，其在幅度上比腔和NV系综之间的直接耦合大得多。通过这种虚耦合，可以更有效地将腔中的光子态存储到NV自旋中。
2017-09-25 quant-ph
Dynamically controlled superradiant laser for hybrid sensing of collective atomic coherence
我们实现了对超辐射冷原子$^{87}$ Rb拉曼激光器的动态控制，实现了与条件拉姆齐光谱等效的原子相移传感。我们的方法使用非爆破映射的集体量子相位的二能级原子系综到检测腔光场的相位。我们表明，非爆破测量的基本精度理论上可以接近相干自旋态相位估计的标准量子极限，这是拉姆齐光谱学的传统基准。最后，我们提出了一种基于这种方法的混合光晶格时钟，它结合了连续和离散测量，以实现高精度和准确度。
2012-08-09 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-aided quantum parameter estimation in a bosonic double-well Josephson junction
本文描述了一种对双阱光学腔中的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）进行非破坏性测量的装置。这个装置除了玻色子气体和阱之外，还包含一个光学腔。我们展示了在适当的条件下，光和原子之间的相互作用如何能够允许对两个阱之间的种群不平衡及其方差进行弱干扰但高度精确的测量。我们表明，该设置是非常适合的实施量子限制的估计策略的推理的关键参数定义的原子系统的演变和基于腔场上进行的测量。这将使得能够通过高度可控的量子探针进行{ \it de facto}哈密尔顿诊断。
2015-06-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Generating entanglement with low Q-factor microcavities
我们提出了一种在共振散射机制下利用单光子和电子自旋产生纠缠的方法。该技术涉及匹配体电介质中自旋偶极跃迁的自发发射速率与耦合到光学微腔的基模的偶极的自发发射的修改速率。我们称这种状态为共振散射，其中输入光子和由共振耦合偶极跃迁散射的光子之间的干涉导致反射率为零。这与腔空时的单位反射率之间的对比使我们能够对自旋进行非破坏性测量，并非确定性地产生光子和自旋之间的纠缠。在共振散射区工作的主要优点是所需的腔体品质因数比强耦合或Purcell增强所需的低几个数量级。这使得设计合适的腔变得容易得多，特别是在诸如金刚石的材料中，其中蚀刻高品质因数腔仍然是一个重大挑战。
2012-08-02 quant-ph
Higher-Order Adiabatic Elimination in Atom-Cavity Systems and Its Impact on Spin-Squeezing Generation
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica（意大利国家计量研究所）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；INFN, Sezione di Milano（意大利国家核物理研究院米兰分部）
针对三能级原子与光学腔耦合生成自旋压缩态时耦合增强反而降低压缩性能的问题，提出三阶绝热消除方法推导有效林德布拉德主方程，正确再现压缩可扩展性损失，并推广到条件动力学情形。
2026-06-24 quant-ph
Deterministic generation of large scale atomic W states
提出了一种在腔QED系统中通过简单的膨胀机制产生大尺度原子W态的确定性方案，该膨胀机制仅由两个全同原子与真空腔模的失谐相互作用实现.利用该方案，可以产生一个W型Bell对，并且原则上可以以单位成功概率将一个n原子W态扩展到一个2n原子W态.不需要多原子门、量子存储器或量子非破坏性测量，大大简化了该方案的实验实现。可行性分析表明，我们的扩展方案可以实现与国家的最先进的技术。我们的方案不仅使量子信息和通信，而且在量子热力学，原子W态起着至关重要的作用的进步。
2016-04-16 quant-ph
A Schrodinger Cat Living in Two Boxes
单模谐振子中不同相干态的量子叠加，被称为“猫态”，是薛定谔著名的猫悖论的一个优雅的证明。在这里，我们实现了一个双模猫态的电磁场在两个微波腔桥超导人工原子，它也可以被看作是一个纠缠对的单腔猫态。我们提出了完整的量子态层析成像的复杂猫状态超过100维的希尔伯特空间通过量子非破坏测量的联合光子数奇偶校验。操纵这种多腔量子态的能力为容错量子计算和通信的冗余编码量子位之间的逻辑运算铺平了道路。
2016-01-21 quant-ph
Realization of a binary-outcome projection measurement of a three-level superconducting quantum system
二元结果测量允许确定多能级量子系统是否处于某个状态，同时保持所有正交状态之间的量子相干性。在本文中，我们探讨了不同制度的色散读出的三能级超导量子系统耦合到一个微波腔，以实现二进制输出测量。通过对系统的第一和第二激发态设计相同的腔频移，我们实现了对基态的强投影二值测量，保真度为$94.3\%$ .与标准微波控制和低噪声参量放大相配合，该方案能够实现泄漏误差的量子非破坏检测，并可用于创建兼容的测量集，以揭示超导电路的上下文性质。
2016-08-18 quant-ph
Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a cavity
在连续观测下的微观系统在其状态之间随机地呈现出突然的跳跃。这种基本量子特征的检测需要在系统演化期间重复多次的量子非破坏（QND）测量。被捕获的大质量粒子（电子、离子或分子）的量子跳跃已经被观察到，这不是光量子跳跃的情况。光子探测器吸收光，因此不能两次探测到同一个光子。它们必须被一个透明的计数器所取代，这个计数器可以“看到”光子而不破坏它们。此外，光必须在比QND检测时间长得多的持续时间内存储。我们已经满足了这些具有挑战性的条件，并观察到光子数量子跳跃。微波光子存储在超导腔中的时间在第二范围内。它们被非吸收性原子流反复探测。原子干涉仪测量由非共振腔场引起的原子偶极相移，因此最终的原子状态直接揭示了腔中单个光子的存在。数百个原子的序列在同一状态下高度相关，被突然的状态切换打断。这些电报信号第一次记录了单个光子的诞生、生命和死亡。将类似的QND过程应用于具有数十个光子的介观场，为探索量子到经典边界开辟了新的视角。
2007-03-21 quant-ph
Generation of two-mode field squeezing through selective dynamics in cavity QED
提出了一种在腔QED中制备双模光场压缩态的方案。它是基于两个经典场和两个高Q谐振腔模式对到达时间随机的三能级原子束的双通道拉曼激发。结果表明，通过适当地选择光场的强度和失谐量，可以使动力学过程具有选择性，并在稳态时产生腔模间的双模压缩。该方案不需要准备原子和腔模的初态，对原子自发衰变具有鲁棒性。
2007-10-24 quant-ph
Photon-arrival detector with a controlled phase flip operation between a photon and a V-type atomic system
我们提出了一种光子到达探测器（PAD），它探测信号光子的到达，并同时将信号输入态投影到单光子态。在这个建议中，使用的V型系统作为腔内原子进行了讨论，用于实现PAD，因为V型系统已被广泛研究，在该领域的固态，使我们能够实现和集成。针对检测过程的特定方法，评价了拟议PAD的性能。所提出的PAD能够重复用于检测输入光子的到达的过程，并且它提高了检测概率，使得它具有比常规光电探测器更高的量子效率。
2008-06-24 quant-ph
Quantum backaction and noise interference in asymmetric two-cavity optomechanical systems
我们研究了腔阻尼不对称性对“中间膜”光学机械系统中反作用的影响，其中机械模式调制两个光子模式之间的耦合。我们表明，在绝热极限下，该系统一般实现了耗散的光机耦合，与有效的位置相关的光子阻尼率。由此产生的量子噪声干涉可用于基态冷却未分辨边带区的机械谐振器。我们明确地展示了量子噪声干扰如何控制线性反作用效应，并表明这种干扰即使在绝热极限之外也会持续存在。对于极端坏腔极限中的单口腔，干涉允许消除所有线性反作用效应。这允许位置平方的连续测量，对单光子光机械耦合强度没有严格的限制。相比之下，这种完全抵消在良好腔极限中是不可能的。这对机械能的量子非破坏测量所需的光机耦合施加了严格的限制，即使在单端口设备中也是如此。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electrodynamics for superconducting electrical circuits: an architecture for quantum computation
我们提出了一个可实现的架构，使用一维传输线谐振器，以达到超导电路中的腔量子电动力学的强耦合极限。腔光子耦合到相邻电路（量子位）的量子化激发的真空拉比频率可以很容易地超过腔和量子位的阻尼率。这种架构作为原子物理学实验的宏观模拟以及对于量子计算和控制都是有吸引力的，因为它提供了对自发发射的强抑制，潜在地导致大大增强的量子比特寿命，允许多个量子比特的状态的高保真量子非破坏测量，并且具有用于由厘米距离分离的量子比特的纠缠的自然机制。此外，它将允许产生对量子通信至关重要的微波光子态。
2004-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Detecting an Itinerant Optical Photon Twice without Destroying It
非破坏性量子测量对于从量子传感到量子计算和量子通信的量子物理应用是核心。利用腔量子电动力学的工具箱，我们在这里串联两个相同的无损光子探测器，重复检测和跟踪通过$60\,\mathrm{m}$长光纤传播的单个光子。通过证明两个探测器的组合信噪比超过每个单个探测器约两个数量级，我们通过实验验证了级联非爆破探测器与传统吸收装置相比的关键实际益处。
2021-05-29 quant-ph
Field locked to Fock state by quantum feedback with single photon corrections
在微波超导腔中，利用量子反馈过程反转退相干诱导的量子跃迁，制备了光子数n ≤ 7的Fock态。圆形里德伯原子被用作量子非破坏传感器或单光子发射器/吸收器致动器。这些致动器的量子性质与弛豫引起的单光子量子跳跃的校正相匹配。这种方法的灵活性适合于产生任意序列的Fock态。
2012-03-08 quant-ph
Giant optical Faraday rotation induced by a single electron spin in a quantum dot: Applications to entangling remote spins via a single photon
我们提出了一种量子非破坏方法-巨法拉第旋转-来检测微腔中量子点中的单电子自旋，其中带负电荷的激子强烈耦合到腔模。由于腔量子电动力学和光学自旋选择定则，从腔反射的左、右旋偏振光感受到不同的相移。这产生了巨大的可调谐法拉第旋转，可以很容易地在实验中检测到。基于这种自旋探测技术，提出了一种可扩展的方案，通过单个光子在两个或多个远程自旋之间产生任意量的纠缠。
2008-03-08 cond-mat.other quant-ph
Suppression of Classical and Quantum Radiation Pressure Noise via Electro-Optic Feedback
我们目前的理论结果表明，一种新的技术，用于提高热噪声测量的灵敏度：腔内强度稳定。它表明，电光反馈可以用来减少腔内强度波动，以及随之而来的辐射压力波动，由一个因素的两个量子噪声限制以下。我们表明，这是可以实现的，在存在大的经典强度波动的入射激光束。该方案的优点是反馈回路内的场的亚泊松强度统计的结果，以及辐射压力噪声作为腔内强度波动的读出系统的量子非破坏性质。
1998-11-25 physics.optics quant-ph
Transfer of a Polaritonic Qubit through a Coupled Cavity Array
我们展示了一个方案的耦合腔阵列的两端之间的量子通信。每个腔掺杂有单个两能级系统（原子或量子点），并且适当地调谐原子能级间隔和光子频率的失谐以实现阵列中的光子阻挡。我们表明，在这样的制度，阵列可以模拟双轨量子态传输协议的量子信息在接收腔的到来是通过荧光测量预示。在连接的腔的网络的任何一对腔之间也可以进行通信。
2007-04-09 quant-ph
Coherent optical control of a superconducting microwave cavity via electro-optical dynamical back-action
该研究在毫开尔文温度下利用多模电光器件和激光脉冲实现了超导微波腔的相干控制，为量子压缩、非破坏性测量及混合量子网络等应用开辟了新途径。
2023-06-25 physics.optics quant-ph
Limits of atomic entanglement by cavity-feedback : from weak to strong coupling
我们从理论上研究了可以通过腔反馈获得的原子系综的纠缠态，改变原子-光耦合从弱到强，并包括退相干的系统处理。在小原子系综的强耦合机制下，系统在腔损耗的驱动下进入长寿命、高纠缠度的多体态，我们用解析的方法描述了这种多体态。在弱耦合制度的大合奏，我们发现解析的最大自旋压缩，可以通过优化耦合和原子数。这种压缩从根本上被自发发射限制在一个恒定值，与原子数无关。利用多体系统中的纠缠是一个基本的兴趣[1]，也是量子增强技术的关键要求，特别是量子精密测量[2]。在这方面，由于原子系综中的纠缠态具有高度的相干性和精确测量的潜力，人们已经做了很多努力来制备纠缠态。自旋压缩态和数态都是通过基于非线性原子场的相干演化[3- 5]或量子非破坏测量[6- 8]的方法产生的。在第一类方法中，腔反馈[5，9]是最有前途的方法之一：它已经允许产生高度压缩态[5]，并且可以很容易地关闭由原子-腔耦合引入的有效非线性，使其在计量应用中非常有吸引力。在这封信中，我们分析了在从弱到强的不同耦合机制下，腔反馈可以产生的纠缠态，并导出了度量增益的极限，将压缩的优化扩展到未探索的参数值领域。通过对耦合强度和原子个数的优化，我们发现了一个只与原子结构有关的最大压缩极限。
2015-07-27 quant-ph
Triangular nanobeam photonic cavities in single crystal diamond
钻石光子学为探索室温腔量子电动力学和实现可扩展的多量子位计算提供了一种有吸引力的体系结构。本文综述了金刚石光子技术的研究现状。设计、制造和表征了一种在单晶金刚石中产生的新型三角形截面纳米梁腔。基于三角形截面的本发明的腔设计允许垂直限制和比基于板的纳米腔更好的信号收集效率，并且消除了对预先存在的膜的需要。纳米梁是由聚焦离子束（FIB）图案化。该腔的特征是共焦光致发光。这些模式的品质因数为Q ~220，并且在波长上偏离NV色心零声子线（ZPL）仅~1.7nm。测量结果与三维时域有限差分法（FDTD）计算结果吻合较好。一个更先进的腔设计与Q= 22，000的建模，显示了高Q值的实现使用三角形腔设计的潜力。讨论了这一概念及其在自旋非破坏测量和量子计算中的应用前景。
2011-01-07 physics.optics quant-ph
Prospects for Strong Cavity Quantum Electrodynamics with Superconducting Circuits
我们提出了一个可实现的架构，使用一维传输线谐振器，以达到超导电路中的腔量子电动力学的强耦合极限。腔光子与相邻电路（量子位）的量子化激发耦合的真空拉比频率很容易超过腔和量子位的阻尼率。这种架构对于量子计算和控制是有吸引力的，因为它提供了对自发发射的强抑制，潜在地导致大大增强的量子比特寿命，允许对多个量子比特的状态进行高保真量子非破坏测量，并且具有用于以厘米距离分离的量子比特的纠缠的自然机制。此外，它将允许产生对量子通信至关重要的微波光子态。
2003-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent Feedback Improved Qubit Initialization in the Dispersive Regime
通过零差检测来自色散耦合微波谐振器的输出信号来读出超导量子比特的状态是电路量子电动力学中的常见技术，并且通常被称为量子非破坏（QND），直到与色散近似相同的近似阶数。然而，在这项工作中，我们表明，只有在无限的测量时间的限制是这个协议QND，因为在量子比特腔系统中形成的修饰相干态应用于量子比特状态的有效旋转。我们展示了如何通过相干操作来纠正这种旋转，从而通过测量和相干反馈改进量子位初始化。
2015-06-17 quant-ph
