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用不完美的量子光学近似振动光谱学
摘要： 我们研究了实验缺陷对近期提出的振动光谱量子模拟方案的影响。具体而言，我们提出了一种量化这些缺陷影响的方法，通过优化实验来应对缺陷，并将结果与经典模拟方法进行基准测试。我们以托酚酮部分振动光谱的原理验证实验模拟为例展示研究发现。这些成果将为未来设计模拟超出当前经典计算机能力的大分子光谱实验提供参考依据。
关键词： 量子光学、玻色子采样、压缩光、量子模拟、振子光谱学、量子化学
更新于2025-09-10 09:29:36
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微腔结构中的强耦合：原理、设计与实际应用
摘要： 当光与物质的相互作用处于强耦合区域时，物质会对整个系统产生显著影响，有望开发出低功耗有源光学器件。强耦合不仅能验证量子物理学的一些基本问题，更是研究光-物质相互作用的理想体系——它能以直观精确的方式展现某些质量微小且易于光学调控的纯量子效应。本文阐述了近年来强耦合领域最重要的研究进展：近期该领域涌现出大量实验发现、理论成果及突破性成就，其中腔体与半导体、二维材料、量子点等新型材料的强耦合研究成为焦点。另一取得卓越进展的方向是该光学现象的应用，包括共振增强拉曼/红外光谱、纳米激光器及腔增强传感技术。此外，该领域在量子信息和量子光学器件方面也展现出应用潜力。目前其发展速度极快，未来前景广阔，文中还包含相关设计与应用的前景展望。
关键词： 强耦合、真空拉比分裂、光学器件、量子光学
更新于2025-09-10 09:29:36
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资源高效的光纤集成时间复用预示单光子
摘要： 我们展示了一种复用单光子源，该光源通过由单个开关控制的纤维延迟环路，对光子晶体光纤中四波混频产生的预言单光子进行重新同步。通过组合四个连续泵浦脉冲上产生预言单光子的概率，我们实现了每个时间仓单光子递送概率的提升。我们的光源展示了一种实现单光子源复用的方法，在保持稳健且无需对准的平台优势的同时，将资源开销降至最低。
关键词： 非线性光学、量子光学、光纤
更新于2025-09-09 09:28:46
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相互作用腔拉比极化子理论
摘要： 光子材料是探索量子物质（Carusotto和Ciuti 2013《现代物理评论》85卷299页；Sommer等2015年arXiv:1506.00341）与量子动力学（Peyronel等2012《自然》488卷57页）的新兴平台。里德堡电磁诱导透明技术的发展（Weatherill等2008《物理学报B辑：原子、分子与光学物理》41卷201002页；Petrosyan等2011《物理评论快报》107卷213601页）为单个光学光子间强相互作用提供了明确途径。结合精心设计的光学谐振腔，现已能实现对单个光子特性的非凡调控——既可引入可调规范场（Schine等2016《自然》534卷671页），又能赋予光子质量并将其嵌入曲率空间流形（Sommer等2016《新物理学杂志》18卷035008页）。基于传播光子间里德堡介导相互作用的规范化研究（Gorshkov等2011《物理评论快报》107卷133602页；Gullans等2016《物理评论快报》117卷113601页），我们建立了多模光学谐振腔中相互作用里德堡极化子的理论体系，通过将强相互作用与可调单粒子特性相结合来构建并探测奇异物质。当谐振腔场与里德堡修饰原子系综强耦合时，会涌现出名为"腔里德堡极化子"的准粒子。我们研究其特性发现：该准粒子既继承了光子组分的高速动力学特性，又具备原子组分的强相互作用特性。我们开发了极化子接近时相互作用正确重整化的工具，并探究了原子运动对多模极化子相干性的影响，证明原子-极化子交叉热化的大多数通道被强烈抑制。最后我们提出利用光学谐振腔的重复衍射与再聚焦效应，实现动量空间局域化的相互作用。本研究为在正确重整化的强相互作用有效理论中高效模拟极化子量子材料指明方向，从而支持光子分数量子霍尔流体与晶体的实验研究（Sommer等2015年arXiv:1506.00341；Umucal?lar等2014《物理评论A》89卷023803页；Grusdt和Fleischhauer 2013《物理评论A》87卷043628页），以及光子量子信息处理器与中继器的开发（Jaksch等2000《物理评论快报》85卷2208页；Saffman等2010《现代物理评论》82卷2313页；Han等2010《物理评论A》81卷052311页）。
关键词： 量子气体、里德堡极化子、量子光学
更新于2025-09-09 09:28:46
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高效激发染料分子以实现单光子产生
摘要： 量子技术的诸多方面需要可靠的单光子源。有机分子因其具有高量子产率且能在室温下保持光稳定性，成为该应用的理想选择。要实现高概率的单光子发射，激光必须高效激发分子。我们建立了一个描述这种激发效率的简易模型，并探讨了优化方法。通过蒽晶体中单个二苯并四烯（DBT）分子的实验验证了模型的有效性。研究表明：该分子在室温下的激发概率不超过75%，但当样品冷却至液氮温度时，激发概率可提升至99%以上。仅需适度冷却就能实现高效单光子生成的特性，标志着向构建简单实用的可靠单光子源迈出了重要一步。
关键词： 单分子、光子反聚束、单光子源、量子光学、共聚焦显微镜
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过非厄米操作实现两能级原子持续最优熵压缩的生成
摘要： 我们研究了Jaynes-Cummings模型中两能级原子的熵压缩效应，并提出通过非厄米操作实现原子持续最优熵压缩的方案。结果表明：原子极化分量的压缩程度与熵压缩持续时间高度依赖于非厄米操作中的非厄米强度参数。特别地，当非厄米参数选择适当时，即使原子初始处于无熵压缩态，仍可产生持续的原子最优熵压缩。
关键词： 杰恩斯-卡明斯模型、熵压缩、非厄米动力学、量子光学
更新于2025-09-09 09:28:46
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机械振荡器对光学三聚体系统光学响应特性的影响
摘要： 我们理论上提出一个四模耦合光力系统，用于研究由无源腔、无损增益腔和有源腔与机械振子耦合构成的光学三聚体系统的光学响应特性。研究中通过外激光驱动无源腔，使得耦合系统的稳定性强烈依赖于增益-损耗比及相邻腔间的光子隧穿效应。我们发现：在稳定-不稳定临界点附近区域，光学三聚体系统的共振吸收会随有源腔增益增强而快速变化；而当机械振子与无源腔耦合时，中心吸收峰会发生分裂并出现光力诱导透明现象。由此产生的光力耦合会在吸收谱中额外诱导出两个共振峰，其形成既取决于光腔间隧穿效应，也与有源腔增益相关。我们还详细讨论了透明窗口宽度对光力耦合强度及驱动场强的依赖关系。结果表明：通过将机械振子与三聚体系统耦合，可调控其光学特性，因而该系统在量子光学和量子信息处理领域具有潜在应用价值。
关键词： 光机械诱导透明、量子信息处理、机械振子、量子光学、光机械系统、光学三聚体系统
更新于2025-09-09 09:28:46
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利用行波模式光场研究量子光学的若干方面
摘要： 尽管描述量子光学中光场的理论处理方法是通用的，但长期以来它主要指的是腔内束缚光模。该场景下取得了重要成果。然而，鉴于束缚态中退相干效应带来的实际使用困难，许多该领域物理学家开始更着重研究行波模的处理方法。在这篇简报中，我们以非经典光态工程为例，展示该场景下应用的一些细节。此处"束缚场-原子"相互作用被替换为"行波场-光束分束器"相互作用。
关键词： 量子光学，行波模式
更新于2025-09-09 09:28:46
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具有高度抑制背景的 X 射线光子对
摘要： 我们描述了一个实验证明：通过采用特定实验设计，可生成共线不可区分的X射线光子对，且背景噪声被高度抑制。当探测器与泵浦光的夹角接近90度（此时泵浦光偏振方向位于散射平面内）时，我们将信噪比提升了两个数量级。实测数据显示，在不进行任何能量判别的条件下，其纯符合谱半高全宽带宽为1.5千电子伏特。
关键词： 背景抑制、参量下转换、量子光学、信噪比、X射线光子对
更新于2025-09-09 09:28:46
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量子图像扫描显微镜的超分辨率增强
摘要： 量子光学原理为突破光学显微镜在灵敏度和分辨率方面的经典限制提供了诸多思路。虽然部分设想已在原理验证实验中得到应用，但由于所测信号本征微弱且光量子态脆弱，对生物样本成像仍具挑战性。不过从原理上讲，这些量子协议能在不牺牲经典信息的前提下提供新信息，从而增强现有超分辨技术的能力。图像扫描显微术作为超分辨方法家族的新成员，可在不降低信号水平的情况下实现稳健的分辨率提升。本文介绍量子图像扫描显微术：将图像扫描显微术与量子光子关联测量相结合，可使图像扫描显微术的分辨率提升至两倍，超越衍射极限四倍。我们阐述了Q-ISM原理，并利用光子反聚束（一种量子效应）作为增强分辨率的对比机制，获得了荧光量子点标记生物样本的超分辨光学图像。
关键词： 图像扫描显微镜、量子点、量子光学、超分辨率显微镜、光子反聚束
更新于2025-09-09 09:28:46