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超导参量腔中三光子自发参量下转换的观测
自发参量下转换 (SPDC) 几十年来一直是探索量子现象及其应用的关键技术。例如，传统的 SPDC 将高能泵浦光子分裂成两个低能光子，是产生纠缠光子对的常用方法。自 SPDC 早期实现以来，研究人员一直想将其推广到更高阶，例如产生纠缠光子三重态。然而，通过单个 SPDC 过程直接生成光子三重态仍然难以实现。在这里，我们使用通量泵浦超导参量腔展示了直接三光子 SPDC，光子三重态在单腔模式下生成或在多个模式之间分裂。在强泵浦下，状态可以非常明亮，通量密度超过每秒每赫兹 60 个光子。观察到的状态是强非高斯的，这对潜在应用具有重要意义。在单模情况下，我们观察到正交电压的三角星形分布，这表明了长期预测的“星态”。观测到的状态表现出强的三阶关联，这与立方哈密顿量产生的状态预期一致。通过以多种模式的和频进行泵浦，我们观察到多种模式之间存在强的三体关联，令人惊讶的是，在没有二阶关联的情况下也是如此。我们进一步分析了辛对称群模式变换下的三阶关联，表明观察到的变换性质可以“指纹化”产生它们的特定立方哈密顿量。观测到的非高斯三阶关联代表了量子光学领域向前迈出的重要一步，可能对微波场的量子通信以及连续变量量子计算产生重大影响。
克尔介质中驱动参量振荡器的量子动力学
相干态是一个重要的概念，其特征值关系为 ˆ a | α = α | α as，是研究和描述辐射场的一个非常方便的基础，它是由薛定谔于 1926 年在对量子谐振子的研究 1 – 4 中首次提出的。然而，基于相干态和光电检测的量子相干理论已由 Glauber、Wolf、Sudarshan、Mandel、Klauder 等人在 20 世纪 60 年代初发展起来，它与经典辐射场中的量子态最为相似，因此被认为是经典力学和量子力学的边界。Glauber 的创新工作于 2005 年获得诺贝尔奖，以表彰他。事实上，相干态已经成为量子物理学中最常用的工具之一，在各个领域，特别是在量子光学和量子信息中发挥着非常重要的作用。相干态使我们能够使用 Wigner 等人早期开发的准概率来描述光在相空间中的行为 7 。相干态的重要性在于它们的概括已被证明能够呈现非经典辐射场特性 8 – 10 。激光作为一种极具潜力的相干光的表现标志着对光与物质之间非线性相互作用的广泛研究的开始 11 。这可以通过实验通过将相干态穿过克尔介质来实现，这是由于出现了可识别的宏观相干态叠加，即所谓的猫态 12 。当克尔介质的入口状态是正则相干态时，Kitagawa 和 Yamamoto 引入了克尔态作为克尔介质的输出 13 。克尔效应会产生正交压缩，但不会改变输入场光子统计特性，即它仍然是泊松分布，这是正则相干态输入的特性，用于产生相干态的叠加 14 – 16 。这里值得注意的是，光在克尔介质中的扩散也以非谐振荡器样本为特征，非谐项取为 ˆ np ，其中 p 为整数（p > 1）17 , 18 。该振荡器模式可以被评估为描述注入具有非线性磁化率的传输线（例如光纤）的相干态的演变。用相干态的量子力学描述的激光束在通过非线性介质时会经历各种复杂的改变，包括量子态的崩溃和复活。在任何线性或非线性的演变中，耗散总是会发生。耗散效应通常导致振幅的减小，但是，如果相互作用发生在原子尺度上，量子效应就会很显著 19。非线性相干态是标准相干态最突出的概括之一 20 。一个合适的问题是：如果初始相干态的时间演化受到时间相关谐振子哈密顿量的影响，并与时间相关外部附加势 21 – 24 耦合，会发生什么情况？时间相关谐振子有很多种，例如参数振荡器 11、25 、卡尔迪罗拉-卡奈振荡器 26、27 和具有强脉动质量的谐振子 28 。
利用约瑟夫森参量放大实现硅量子点的快速门读出
硅量子器件中的自旋是大规模量子计算的有希望的候选对象。基于门的自旋量子比特传感提供了具有高保真度的紧凑且可扩展的读出，但是，需要进一步提高灵敏度以满足保真度阈值和实现纠错协议中的快速反馈所需的测量时间尺度。在这里，我们将 622 MHz 的射频门控传感与在 500 – 800 MHz 频段工作的约瑟夫森参数放大器相结合，以减少读取纳米线晶体管中形成的硅双量子点状态所需的积分时间。根据我们实现的信噪比，我们估计平均保真度为 99.7% 的单重态-三重态单次读出可以在 1 μ s 内完成，远低于容错读出的要求，比不使用约瑟夫森参数放大器快 30 倍。此外，约瑟夫森参数放大器允许在较低的射频功率下运行，同时保持相同的信噪比。我们确定噪声温度为 200 mK，其中约瑟夫森参量放大器（25%）、低温放大器（25%）和谐振器（50%）的贡献，显示出进一步提高读出速度的途径。
量子参量振荡器中共振力引起的对称性破缺
参量振子的量子动力学越来越受到理论和实验界的关注 [1-16]。在一定程度上，这种兴趣来自于参量振子的新应用，特别是在量子信息领域的应用。在更广泛的背景下，此类振子为研究远离热平衡的量子动力学和揭示其迄今未知的方面提供了一个多功能平台，隧穿新特征和新的集体现象就是例子。动力学特征之一是多态量子系统中详细平衡的出现和特征，这也是本文的动机之一。在很大程度上，参量振子的重要性在于其对称性。此类振子是具有周期性调制参数（如特征频率）的振动系统，其振动频率为调制频率 ω p 的一半。经典上，振动态具有相等的振幅和相反的相位 [17]，这是周期倍增的一个基本例子。量子力学上，振动态可被认为是符号相反的广义相干态 [18]。弗洛凯本征态是频率为 ω p / 2 的振动态的对称和反对称组合。一般来说，在量子信息中使用参量振子需要进行破坏其对称性的操作，参见文献 [19]。对称性破坏可以通过在频率为 ω p / 2 处施加额外的力来实现。从经典角度来看，这种力的作用可以从图 1(a) 中理解。由于振动态具有相反的相位，因此力可以与两个状态中的其中一个同相，从而增加其
机器学习随机微分方程用于经典多体系统平衡态和非平衡态序参量的演化
摘要。我们开发了一种机器学习算法来推断控制多体系统序参量演化的随机方程。我们训练我们的神经网络来独立学习作用于序参量的定向力以及有效扩散噪声。我们使用具有 Glauber 动力学的经典 Ising 模型和接触过程作为测试案例来说明我们的方法。对于代表典型平衡和非平衡场景的两种模型，可以有效地推断出定向力和噪声。Ising 模型的定向力项使我们能够重建序参量的有效势，该序参量在临界温度以下形成特征性的双阱形状。尽管它具有真正的非平衡性质，但这种有效势也可以用于接触过程，并且其形状表示相变到吸收状态。此外，与平衡 Ising 模型相反，吸收状态的存在使噪声项依赖于序参量本身的值。
![arXiv:2211.00623v1 [quant-ph] 2022 年 11 月 1 日](/simg/e\e4783ce84404e42510c1692fb56a4039487239ab.webp)
arXiv:2211.00623v1 [quant-ph] 2022 年 11 月 1 日
我们证明，J 1 − J 2 海森堡量子自旋链的基态和第一激发态混合态（相邻态）中的最近邻纠缠可用作序参量，检测链从无间隙自旋流体到有间隙二聚体相的相变。我们研究了序参量对于不同系统尺寸下相邻态中基态和第一激发态之间相对混合概率变化的有效性，并将结果外推到热力学极限。我们观察到，即使系统处于基态，但有较小且有限的概率泄漏到第一激发态，最近邻纠缠也能起到良好序参量的作用。此外，我们应用相邻态的序参量研究了在模型相图上分别引入各向异性和玻璃无序时的响应，并分析了相应的有限尺寸尺度指数和前一种情况下出现的三临界点。各向异性的 J 1 − J 2 链具有更丰富的相图，使用相同的序参量也可以清楚地看到。
测量引发的临界性的可扩展探测
我们发现了测量引起的相变的局部序参量：最初与系统纠缠的单个参考量子比特的平均熵。利用这个序参量，我们确定了可立即应用于高级量子计算平台的测量引起的临界性的可扩展探针。我们在 1 + 1 维稳定器电路模型上测试了我们的建议，该模型可以在多项式时间内进行经典模拟。我们引入了“解码光锥”的概念来建立此探针的局部和有效可测性。我们还估计了转变的体积和表面临界指数。在更一般的模型中开发测量引起的临界性的可扩展探针可能是嘈杂的中尺度量子设备的有用应用，并指向更高效的容错量子计算实现。
量子自旋液体 - NSF-PAR
背景：多年前，列夫·朗道 (Lev Landau) 教我们如何通过序参量来思考物质的不同相，该序参量表征了对称性破缺态相对于对称性保持态的关系。但最近人们意识到并非所有物质相都能用这一范式来描述。20 世纪 80 年代分数量子霍尔态的发现令人震惊地证明了这一点。多年来，人们已经阐明，这些状态以及它们的奇异激发（携带电子基本电荷合理分数的准粒子）是基态波函数的拓扑性质的结果，具有一种特殊的远程量子纠缠。人们可能想知道自旋是否也会发生类似的现象。这些“量子自旋液体”是否真的存在于自然界中一直是研究的课题。
87 Rb D1 线上高效、可调且稳定的窄带光子对源
摘要：我们介绍了一种高效、稳定的 87 Rb D1 线 (795 nm) 光子源，其窄带宽为 δ = 226(1) MHz。该源基于远低于阈值的单片光学参量振荡器中的非简并、腔增强自发参量下转换。该装置可高效耦合到单模光纤。实现了 η heralded = 45(5) % 的预示效率，检测到的未校正光子对数为 3.8 × 10 3 /(s mW)。对于高达 5 × 10 5 /s 的对生成率，该源发射的预示单光子具有归一化的预示二阶相关函数 g ( 2 ) c < 0.01。由于采用单片配置，该源本质上是稳定的。在没有对发射频率进行主动反馈的情况下，频率漂移量约为每小时 δ /20。我们通过施加机械应变实现了 2 GHz 以上范围内源频率的微调。