1Centro de Tecnologias Ópticas Quânticas, Centro de Novas Tecnologias, Universidade de Varsóvia, Banacha 2c, 02-097 Warszawa, Polônia
2Faculdade de Física, Universidade de Varsóvia, Pasteura 5, 02-093 Warszawa, Polônia
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Sumário
Os sistemas optomecânicos estão rapidamente se tornando uma das plataformas mais promissoras para observar o comportamento quântico, especialmente no nível macroscópico. Além disso, graças aos seus métodos de fabricação de última geração, eles podem agora entrar em regimes de interações não lineares entre seus graus de liberdade mecânicos e ópticos constituintes. Neste trabalho, mostramos como esta nova oportunidade pode servir para construir uma nova geração de sensores optomecânicos. Consideramos a configuração optomecânica canônica com o esquema de detecção baseado na contagem resolvida no tempo de fótons vazando da cavidade. Ao realizar simulações e recorrer à inferência bayesiana, demonstramos que as correlações não clássicas dos fótons detectados podem melhorar crucialmente o desempenho do sensor em tempo real. Acreditamos que nosso trabalho pode estimular uma nova direção no projeto de tais dispositivos, enquanto nossos métodos se aplicam também a outras plataformas que exploram interações não lineares luz-matéria e detecção de fótons.
Imagem em destaque: Distribuições posteriores baseadas em detecção com contagem contínua de fótons.
Resumo popular
Enquanto isso, técnicas que envolvem monitoramento contínuo de um sistema para tarefas de sensoriamento quântico têm se mostrado altamente eficazes. Aqui, em vez de preparar o sistema em um estado específico e realizar uma medição única otimizada, o sistema pode evoluir ao longo do tempo e suas estatísticas de emissão são monitoradas. Ao fazer isso, um parâmetro de sistema desconhecido pode ser bem estimado, mesmo a partir de uma única trajetória quântica.
Aqui, combinamos essas duas observações usando as estatísticas de fótons de um sistema optomecânico não linear para estimar parâmetros desconhecidos, como a força de acoplamento optomecânico. Vemos como as estatísticas não clássicas do sistema optomecânico não linear produzem excelentes resultados a partir de apenas uma única trajetória quântica, mesmo com um número relativamente baixo de emissões de fótons. Utilizando as técnicas de inferência Bayesiana, uma distribuição posterior pode ser obtida e comparada com o desempenho de detecção de uma medição de disparo único ideal. Demonstramos que, após um período de tempo suficiente, nosso sistema monitorado contínuo é capaz de superar um sistema medido com uma medição de disparo único e fornece informações úteis para projetar novos esquemas de detecção potenciais para dispositivos optomecânicos.
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