1Centro de Tecnologías Ópticas Cuánticas, Centro de Nuevas Tecnologías, Universidad de Varsovia, Banacha 2c, 02-097 Warszawa, Polonia
2Facultad de Física, Universidad de Varsovia, Pasteura 5, 02-093 Warszawa, Polonia
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Resumen
Los sistemas optomecánicos se están convirtiendo rápidamente en una de las plataformas más prometedoras para observar el comportamiento cuántico, especialmente a nivel macroscópico. Además, gracias a sus métodos de fabricación de última generación, ahora pueden entrar en regímenes de interacciones no lineales entre sus grados de libertad mecánicos y ópticos constituyentes. En este trabajo mostramos cómo esta novedosa oportunidad puede servir para construir una nueva generación de sensores optomecánicos. Consideramos la configuración optomecánica canónica con el esquema de detección basado en el conteo resuelto en el tiempo de los fotones que se escapan de la cavidad. Al realizar simulaciones y recurrir a la inferencia bayesiana, demostramos que las correlaciones no clásicas de los fotones detectados pueden mejorar de manera crucial el rendimiento del sensor en tiempo real. Creemos que nuestro trabajo puede estimular una nueva dirección en el diseño de tales dispositivos, mientras que nuestros métodos se aplican también a otras plataformas que explotan las interacciones luz-materia no lineales y la detección de fotones.
Imagen destacada: Distribuciones posteriores basadas en detección con conteo continuo de fotones.
Resumen popular
Mientras tanto, las técnicas que involucran el monitoreo continuo de un sistema para tareas de detección cuántica han demostrado ser altamente efectivas. Aquí, en lugar de preparar el sistema en un estado específico y realizar una medición única óptima, se permite que el sistema evolucione con el tiempo y se monitorean sus estadísticas de emisión. Al hacerlo, se puede estimar bien un parámetro desconocido del sistema, incluso a partir de una sola trayectoria cuántica.
Aquí, combinamos estas dos observaciones utilizando las estadísticas de fotones de un sistema optomecánico no lineal para estimar parámetros desconocidos, como la fuerza de acoplamiento optomecánico. Vemos cómo las estadísticas no clásicas del sistema optomecánico no lineal producen excelentes resultados a partir de una sola trayectoria cuántica, incluso con un número relativamente bajo de emisiones de fotones. Utilizando las técnicas de inferencia bayesiana, se puede obtener una distribución posterior y compararla con el rendimiento de detección de una medición única óptima. Demostramos que después de una cantidad de tiempo suficiente, nuestro sistema de monitoreo continuo es capaz de superar a un sistema medido con una medición de un solo disparo y brinda información útil para diseñar posibles esquemas de detección novedosos para dispositivos optomecánicos.
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