1Zentrum für Quantenoptische Technologien, Zentrum für neue Technologien, Universität Warschau, Banacha 2c, 02-097 Warszawa, Polen
2Fakultät für Physik, Universität Warschau, Pasteura 5, 02-093 Warszawa, Polen
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Abstrakt
Optomechanische Systeme entwickeln sich schnell zu einer der vielversprechendsten Plattformen für die Beobachtung des Quantenverhaltens, insbesondere auf makroskopischer Ebene. Darüber hinaus können sie dank ihrer hochmodernen Herstellungsmethoden jetzt in Bereiche nichtlinearer Wechselwirkungen zwischen ihren konstituierenden mechanischen und optischen Freiheitsgraden eintreten. In dieser Arbeit zeigen wir, wie diese neuartige Möglichkeit dazu dienen kann, eine neue Generation von optomechanischen Sensoren zu konstruieren. Wir betrachten den kanonischen optomechanischen Aufbau mit dem Detektionsschema, das auf zeitaufgelöster Zählung von Photonen basiert, die aus dem Resonator austreten. Durch die Durchführung von Simulationen und Rückgriff auf Bayes'sche Inferenz zeigen wir, dass die nicht-klassischen Korrelationen der detektierten Photonen die Sensorleistung in Echtzeit entscheidend verbessern können. Wir glauben, dass unsere Arbeit eine neue Richtung im Design solcher Geräte anregen kann, während unsere Methoden auch auf andere Plattformen anwendbar sind, die nichtlineare Licht-Materie-Wechselwirkungen und Photonenerkennung nutzen.
Ausgewähltes Bild: Posterior-Verteilungen basierend auf der Erfassung mit kontinuierlicher Photonenzählung.
Populäre Zusammenfassung
Inzwischen haben sich Techniken, die eine kontinuierliche Überwachung eines Systems für Quantensensoraufgaben beinhalten, als äußerst effektiv erwiesen. Anstatt das System in einem bestimmten Zustand vorzubereiten und eine optimale Single-Shot-Messung durchzuführen, wird das System hier im Laufe der Zeit weiterentwickelt und seine Emissionsstatistik überwacht. Dadurch kann ein unbekannter Systemparameter auch aus einer einzelnen Quantenbahn gut abgeschätzt werden.
Hier kombinieren wir diese beiden Beobachtungen, indem wir die Photonenstatistik eines nichtlinearen optomechanischen Systems verwenden, um unbekannte Parameter wie die optomechanische Kopplungsstärke abzuschätzen. Wir sehen, wie die nichtklassische Statistik des nichtlinearen optomechanischen Systems selbst bei einer relativ geringen Anzahl von Photonenemissionen hervorragende Ergebnisse aus nur einer einzigen Quantenbahn liefert. Unter Verwendung der Techniken der Bayes'schen Inferenz kann eine A-posteriori-Verteilung erhalten und mit der Erfassungsleistung einer optimalen Einzelschussmessung verglichen werden. Wir demonstrieren, dass unser kontinuierlich überwachtes System nach einer ausreichenden Zeitspanne in der Lage ist, ein System zu übertreffen, das mit einer Single-Shot-Messung gemessen wird, und liefern nützliche Einblicke in die Entwicklung potenzieller neuartiger Sensorschemata für optomechanische Geräte.
► BibTeX-Daten
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