1Center for Quantum Optical Technologies, Center of New Technologies, University of Warsaw, Banacha 2c, 02-097 Warszawa, Polonia
2Facoltà di Fisica, Università di Varsavia, Pasteura 5, 02-093 Warszawa, Polonia
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Astratto
I sistemi optomeccanici stanno rapidamente diventando una delle piattaforme più promettenti per l'osservazione del comportamento quantistico, soprattutto a livello macroscopico. Inoltre, grazie ai loro metodi di fabbricazione all'avanguardia, possono ora entrare in regimi di interazioni non lineari tra i loro gradi di libertà meccanici e ottici costitutivi. In questo lavoro, mostriamo come questa nuova opportunità può servire a costruire una nuova generazione di sensori optomeccanici. Consideriamo la configurazione optomeccanica canonica con lo schema di rilevamento basato sul conteggio risolto nel tempo dei fotoni che fuoriescono dalla cavità. Eseguendo simulazioni e ricorrendo all'inferenza bayesiana, dimostriamo che le correlazioni non classiche dei fotoni rilevati possono migliorare in modo cruciale le prestazioni del sensore in tempo reale. Riteniamo che il nostro lavoro possa stimolare una nuova direzione nella progettazione di tali dispositivi, mentre i nostri metodi si applicano anche ad altre piattaforme che sfruttano le interazioni luce-materia non lineari e il rilevamento di fotoni.
Immagine in primo piano: distribuzioni posteriori basate sul rilevamento con conteggio continuo dei fotoni.
Riepilogo popolare
Nel frattempo, le tecniche che implicano il monitoraggio continuo di un sistema per compiti di rilevamento quantistico si sono dimostrate altamente efficaci. Qui, invece di preparare il sistema in uno stato specifico ed eseguire una misurazione single-shot ottimale, il sistema può evolversi nel tempo e le sue statistiche di emissione vengono monitorate. In questo modo, un parametro di sistema sconosciuto può essere ben stimato, anche da una singola traiettoria quantistica.
Qui, combiniamo queste due osservazioni utilizzando le statistiche dei fotoni di un sistema optomeccanico non lineare per stimare parametri sconosciuti, come la forza di accoppiamento optomeccanico. Vediamo come le statistiche non classiche del sistema optomeccanico non lineare producono risultati eccellenti da una singola traiettoria quantistica, anche con un numero relativamente basso di emissioni di fotoni. Utilizzando le tecniche dell'inferenza bayesiana, è possibile ottenere una distribuzione posteriore e confrontarla con le prestazioni di rilevamento di una misurazione ottimale a colpo singolo. Dimostriamo che dopo un periodo di tempo sufficiente, il nostro sistema di monitoraggio continuo è in grado di superare un sistema misurato con una misurazione a colpo singolo e fornisce informazioni utili sulla progettazione di potenziali nuovi schemi di rilevamento per dispositivi optomeccanici.
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