荷兰代尔夫特理工大学卡夫利纳米科学研究所量子纳米科学系, 2628CJ Delft, The Netherlands
觉得本文有趣或想讨论？ 在SciRate上发表评论或发表评论.
抽象
制备接近其运动量子基态的宏观机械谐振器并产生与光的纠缠，为研究基础物理学和开发新一代量子应用提供了巨大的机会。 在这里，我们提出了一个实验上有趣的方案，该方案特别适用于边带未解决方案中的系统，该方案基于具有线性无源光学元件的相干反馈，以实现基态冷却和光机械器件的光子-声子纠缠产生。 我们发现，通过引入额外的无源元件（窄线宽腔或具有延迟线的镜子），深度边带未分辨状态下的光机械系统将表现出类似于边带分辨的动态。 通过这种新方法，基态冷却和光机械纠缠的实验实现完全可以在当前集成的最先进的高 Q 机械谐振器的范围内实现。
热门摘要
►BibTeX数据
►参考
[1] K. Stannigel、P. Rabl、AS Sørensen、P. Zoller 和 MD Lukin，用于长距离量子通信的光机械传感器，物理学。 牧师莱特。 105, 220501 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.220501
[2] AG Krause、M. Winger、TD Blasius、Q. Lin 和 O. Painter，高分辨率微芯片光机械加速度计，Nature Photon。 6, 768 (2012)。
https://doi.org/10.1038/NPHOTON.2012.245
[3] I. Marinković、A. Wallucks、R. Riedinger、S. Hong、M. Aspelmeyer 和 S. Gröblacher，光机械贝尔测试，物理学。 牧师莱特。 121, 220404 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.220404
[4] M. Carlesso 和 S. Donadi，折叠模型：实验测试的主要特性和最新技术，在开放系统和量子力学基础测试的进展中，Springer Proceedings in Physics，由 B. Vacchini, H.-P 编辑. Breuer 和 A. Bassi（Springer International Publishing，2019 年）第 1-13 页。
https://doi.org/10.1007/978-3-030-31146-9_1
[5] PE Alllain、L. Schwab、C. Mismer、M. Gely、E. Mairiaux、M. Hermouet、B. Walter、G. Leo、S. Hentz、M. Faucher、G. Jourdan、B. Legrand 和 I。 Favero，用于超高频感应原子力的光机械共振探头，Nanoscale 12, 2939 (2020)。
https:///doi.org/10.1039/C9NR09690F
[6] A. Wallucks、I. Marinković、B. Hensen、R. Stockill 和 S. Gröblacher，电信波长的量子存储器，Nat。 物理。 16, 772 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0891-z
[7] N. Fiaschi、B. Hensen、A. Wallucks、R. Benevides、J. Li、TPM Alegre 和 S. Gröblacher，光机械量子隐形传态，自然光子。 15, 817 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41566-021-00866-z
[8] WJ Westerveld、M. Mahmud-Ul-Hasan、R. Shnaiderman、V. Ntziachristos、X. Rottenberg、S. Severi 和 V. Rochus，硅光子学中敏感、小型、宽带和可扩展的光机械超声传感器，Nature Photon。 15, 341 (2021)。
https://doi.org/10.1038/s41566-021-00776-0
[9] RA Norte、M. Forsch、A. Wallucks、I. Marinković 和 S. Gröblacher，用于测量两个超导体之间的卡西米尔力的平台，Phys。 牧师莱特。 121, 030405 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.030405
[10] J. Bochmann、A. Vainsencher、DD Awschalom 和 AN Cleland，微波和光学光子之间的纳米机械耦合，Nature Phys。 9, 712 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nphys2748
[11] O. Černotík 和 K. Hammerer，测量诱导的超导量子比特长距离纠缠使用光机械传感器，物理学。 修订版 A 94, 012340 (2016)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.012340
[12] G. Arnold、M. Wulf、S. Barzanjeh、ES Redchenko、A. Rueda、WJ Hease、F. Hassani 和 JM Fink，利用硅光子纳米机械接口转换微波和电信光子，Nature Commun。 11, 4460 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-18269-z
[13] Y. Chen，宏观量子力学：光力学的理论和实验概念，J. Phys。 乙在。 摩尔。 选择。 物理。 46, 104001 (2013)。
https://doi.org/10.1088/0953-4075/46/10/104001
[14] SG Hofer、W. Wieczorek、M. Aspelmeyer 和 K. Hammerer，脉冲腔光力学中的量子纠缠和隐形传态，物理学。 修订版 A 84, 52327 (2011)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.052327
[15] M. Paternostro，通过光子减法在机械系统中设计非经典性，物理学。 牧师莱特。 106, 183601 (2011)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.183601
[16] T. Palomaki、J. Teufel、R. Simmonds 和 K. Lehnert，将机械运动与微波场纠缠在一起，Science 342, 710 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.1244563
[17] M. Aspelmeyer、TJ Kippenberg 和 F. Marquardt，Cavity optomechanics，Rev. Mod。 物理。 86, 1391 (2014)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391
[18] AA Rakhubovsky 和 R. Filip，与热机械振荡器的稳健纠缠，Phys。 修订版 A 91, 062317 (2015)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.062317
[19] M. Rossi、D. Mason、J. Chen、Y. Tsaturyan 和 A. Schliesser，基于测量的机械运动量子控制，Nature 563, 53 (2018)。
https://doi.org/10.1038/s41586-018-0643-8
[20] L. Magrini、P. Rosenzweig、C. Bach、A. Deutschmann-Olek、SG Hofer、S. Hong、N. Kiesel、A. Kugi 和 M. Aspelmeyer，室温下机械运动的实时最优量子控制, 自然 595, 373 (2021)。
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03602-3
[21] J. Chen、M. Rossi、D. Mason 和 A. Schliesser，通过机械接口传播光学模式的纠缠，Nature Commun。 11, 943 (2020)。
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14768-1
[22] Y. Tsaturyan、A. Barg、ES Polzik 和 A. Schliesser，通过软钳位和耗散稀释的超相干纳米机械谐振器，Nature Nanotechn。 12, 776 (2017)。
https：///doi.org/10.1038/nnano.2017.101
[23] AH Ghadimi、SA Fedorov、NJ Engelsen、MJ Bereyhi、R. Schilling、DJ Wilson 和 TJ Kippenberg，超低机械耗散的弹性应变工程，Science 360, 764 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.aar6939
[24] J. Guo、R. Norte 和 S. Gröblacher，接近其运动基态的室温机械振荡器的反馈冷却，物理学。 牧师莱特。 123, 223602 (2019)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.223602
[25] A. Beccari、MJ Bereyhi、R. Groth、SA Fedorov、A. Arabmoheghi、NJ Engelsen 和 TJ Kippenberg，具有超低机械耗散的分层拉伸结构，arXiv:2103.09785 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41467-022-30586-z
的arXiv：2103.09785
[26] R. Leijssen 和 E. Verhagen，切片光子晶体纳米束中的强光机械相互作用，Sci。 众议员 5, 15974 (2015)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / srep15974
[27] J. Guo 和 S. Gröblacher，高 q 机械平面外模式的集成光学读出，Light Sci。 应用程序。 11, 282 (2022)。
https://doi.org/10.1038/s41377-022-00966-7
[28] MR Vanner、I. Pikovski、GD Cole、MS Kim、C. Brukner、K. Hammerer、GJ Milburn 和 M. Aspelmeyer，脉冲量子光力学，Proc。 国家石油公司。 学院派。 科学。 108, 16182 (2011)。
https：/ / doi.org/ 10.1073 / pnas.1105098108
[29] JS Bennett、K. Khosla、LS Madsen、MR Vanner、H. Rubinsztein-Dunlop 和 WP Bowen，超出已分辨边带极限的量子光机械接口，新 J. Phys。 18, 053030 (2016)。
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/5/053030
[30] KE Khosla、GA Brawley、MR Vanner 和 WP Bowen，超越量子相干振荡机制的量子光力学，Optica 4, 1382 (2017)。
https：///doi.org/10.1364/OPTICA.4.001382
[31] J. Clarke、P. Sahium、KE Khosla、I. Pikovski、MS Kim 和 MR Vanner，通过脉冲相互作用和测量产生机械和光机械纠缠，New J. Phys。 22, 063001 (2020)。
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab7ddd
[32] C. Genes、D. Vitali、P. Tombesi、S. Gigan 和 M. Aspelmeyer，微机械振荡器的基态冷却：比较冷阻尼和腔辅助冷却方案，Phys。 修订版 A 77, 033804 (2008)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.033804
[33] JT Muhonen、GRL Gala、R. Leijssen 和 E. Verhagen，具有快速光脉冲的纳米机械谐振器的状态准备和断层扫描，物理。 牧师莱特。 123, 113601 (2019)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.113601
[34] C. Gut、K. Winkler、J. Hoelscher-Obermaier、SG Hofer、RM Nia、N. Walk、A. Steffens、J. Eisert、W. Wieczorek、JA Slater、M. Aspelmeyer 和 K. Hammerer，固定式光机械机械振荡器与其测量设备 Phys 之间的纠缠。 Rev. Research 2, 033244 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033244
[35] WP Bowen 和 GJ Milburn，量子光力学（CRC 出版社，2015 年）。
https：///doi.org/10.1201/b19379
[36] M. Yanagisawa，确定性纠缠光子产生的量子反馈控制，物理学。 牧师莱特。 97, 190201 (2006)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.190201
[37] 詹姆斯先生，HI Nurdin 和 IR Petersen，线性量子随机系统的 $H^∞$ 控制，IEEE Trans。 自动化。 控制。 53, 1787 (2008)。
https：///doi.org/10.1109/TAC.2008.929378
[38] R. Hamerly 和 H. Mabuchi，相干反馈冷却量子振荡器的优势，物理学。 牧师莱特。 109, 173602 (2012)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.173602
[39] N. Yamamoto，相干与测量反馈：量子信息的线性系统理论，物理学。 修订版 X 4, 041029 (2014)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.4.041029
[40] J. Combes、J. Kerckhoff 和 M. Sarovar，用于建模量子输入输出网络的 SLH 框架，Adv。 物理 X 2, 784 (2017)。
https：/ / doi.org/10.1080/ 23746149.2017.1343097
[41] T. Ojanen 和 K. Børkje，在未解决的边带状态下通过使用光机械诱导的透明度对机械运动进行基态冷却，Phys。 修订版 A 90, 013824 (2014)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.013824
[42] JS Bennett、LS Madsen、M. Baker、H. Rubinsztein-Dunlop 和 WP Bowen，远程耦合混合原子-光机械系统中的相干控制和反馈冷却，New J. Phys 16, 083036 (2014)。
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/8/083036
[43] TM Karg、B. Gouraud、P. Treutlein 和 K. Hammerer，光介导的远程哈密顿相互作用，Phys。 修订版 A 99, 063829 (2019)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.063829
[44] J. Li、G. Li、S. Zippilli、D. Vitali 和 T. Zhang，通过相干反馈增强两个不同机械谐振器的纠缠，Phys。 修订版 A 95, 0438192017 (XNUMX)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.043819
[45] J.-S。 Feng, L. Tan, H.-Q. 顾和 W.-M。 刘，辅助腔辅助基态冷却光悬浮纳米球在未解决边带状态，物理。 修订版 A 96, 063818 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.063818
[46] Z. Wang 和 AH Safavi-Naeini，通过延迟量子反馈增强缓慢而弱的光机械非线性，Nature Commun。 8, 15886 (2017)。
https：///doi.org/10.1038/ncomms15886
[47] H.-K。 Lau、A. Eisfeld 和 J.-M。 Rost，通过原子调制辐射实现无腔量子光机械冷却，Phys。 修订版 A 98, 043827 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.043827
[48] TM Karg，B. Gouraud，CT Ngai，G.-L。 Schmid、K. Hammerer 和 P. Treutlein，机械振荡器与相距 1 米的原子自旋之间的光介导强耦合，Science 369, 174 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.abb0328
[49] A. Harwood、M. Brunelli 和 A. Serafini，由光学相干反馈辅助的腔光力学，物理学。 修订版 A 103, 023509 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.023509
[50] G.-L。 Schmid、CT Ngai、M. Ernzer、MB Aguilera、TM Karg 和 P. Treutlein，具有原子自旋的纳米机械膜的相干反馈冷却，Phys。 修订版 X 12, 011020 (2022)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011020
[51] J. Louisell，确定延迟系统的虚轴特征值的矩阵方法，IEEE Trans。 自动化。 控制。 46 年第 2008 期（2001 年）。
https：/ / doi.org/10.1109/ 9.975510
[52] N. Olgac 和 R. Sipahi，分析中性型 LTI 时间延迟系统稳定性的实用方法，Automatica 40, 847 (2004)。
https:///doi.org/10.1016/j.automatica.2003.12.010
[53] AG Krause、TD Blasius 和 O. Painter，纳米串光机械腔的光学读出和反馈冷却，arXiv:1506.01249 (2015)。
的arXiv：1506.01249
[54] M. Eichenfield、R. Camacho、J. Chan、KJ Vahala 和 O. Painter，皮克级和纳米级光子晶体光机械腔，Nature 459, 550 (2009)。
https：/ / doi.org/10.1038/nature08061
[55] L. Wu，H. Wang，Q. Yang，Q.-x。 Ji、B. Shen、C. Bao、M. Gao 和 K. Vahala，片上微谐振器的超过 45 亿个 Q 因子，选项。 莱特。 5129, 2020 (XNUMX)。
https：/ / doi.org/ 10.1364 / OL.394940
[56] MW Puckett、K. Liu、N. Chauhan、Q. Zhao、N. Jin、H. Cheng、J. Wu、RO Behunin、PT Rakich、KD Nelson 和 DJ Blumenthal，422 亿内在品质因数平面集成全波导具有 sub-MHz 线宽的谐振器，Nature Commun。 12, 934 (2021)。
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21205-4
[57] J. Chan、TPM Alegre、AH Safavi-Naeini、JT Hill、A. Krause、S. Gröblacher、M. Aspelmeyer 和 O. Painter，将纳米机械振荡器激光冷却到其量子基态，Nature 478, 89 (2011) ）。
https：/ / doi.org/10.1038/nature10461
[58] H. Ren、MH Matheny、GS MacCabe、J. Luo、H. Pfeifer、M. Mirhosseini 和 O. Painter，具有高量子协同性的二维光机械晶体腔，Nature Commun。 11, 3373 (2020)。
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17182-9
[59] AD O'Connell、M. Hofheinz、M. Ansmann、RC Bialczak、M. Lenander、E. Lucero、M. Neeley、D. Sank、H. Wang、M. Weides、J. Wenner、JM Martinis 和 AN Cleland , 机械谐振器的量子基态和单声子控制, Nature 464, 697 (2010)。
https：/ / doi.org/10.1038/nature08967
[60] JD Teufel、T. Donner、D. Li、JW Harlow、MS Allman、K. Cicak、AJ Sirois、JD Whittaker、KW Lehnert 和 RW Simmonds，微机械运动到量子基态的边带冷却，自然 475、359（ 2011）。
https：/ / doi.org/10.1038/nature10261
[61] C. Whittle, ED Hall, S. Dwyer, N. Mavalvala, V. Sudhir, R. Abbott, A. Ananyeva, C. Austin, L. Barsotti, J. Betzwieser, CD Blair, AF Brooks, DD Brown, A. Buikema, C. Cahillane, JC Drigers, A. Effler, A. Fernandez-Galiana, P. Fritschel, VV Frolov, T. Hardwick, M. Kasprzack, K. Kawabe, N. Kijbunchoo, JS Kissel, GL Mansell, F. Matichard, L. McCuller, T. McRae, A. Mullavey, A. Pele, RMS Schofield, D. Sigg, M. Tse, G. Vajente, DC Vander-Hyde, H. Yu, H. Yu, C. Adams, RX Adhikari, S. Appert, K. Arai, JS Areeda, Y. Asali, SM Aston, AM Baer, M. Ball, SW Ballmer, S. Banagiri, D. Barker, J. Bartlett, BK Berger, D. Bhattacharjee, G. Billingsley, S. Biscans, RM Blair, N. Bode, P. Booker, R. Bork, A. Bramley, KC Cannon, X. Chen, AA Ciobanu, F. Clara, CM Compton, SJ Cooper, KR Corley, ST Countryman、PB Covas、DC Coyne、LEH Datrier、D. Davis、C. Di Fronzo、KL Dooley、P. Dupej、T. Etzel、M. Evans、TM Evans、J. Feicht、P. Fulda、M. Fyffe , JA Giaime, KD Giardina, P. Godwin, E. Goetz, S. Gras, C. Gray, R.Gray, AC Green, EK Gustafson, R. Gustafson, J. Hanks, J. Hanson, RK Hasskew, MC Heintze, AF Helmling-Cornell, NA Holland, JD Jones, S. Kandhasamy, S. Karki, PJ King, R. Kumar, M. Landry, BB Lane, B. Lantz, M. Laxen, YK Lecoeuche, J. Leviton, J. Liu, M. Lormand, AP Lundgren, R. Macas, M. MacInnis, DM Macleod, S. Márka, Z. Márka, DV Martynov, K. Mason, TJ Massinger, R. McCarthy, DE McClelland, S. McCormick, J. McIver, G. Mendell, K. Merfeld, EL Merilh, F. Meylahn, T. Mistry, R. Mittleman, G. Moreno, CM Mow-Lowry, S. Mozzon, TJN Nelson, P. Nguyen, LK Nuttall, J. Oberling, RJ Oram, C. Osthelder, DJ Ottaway, H. Overmier, JR Palamos, W. Parker, E. Payne, R. Penhorwood, CJ Perez, M. Pirello, H. Radkins, KE Ramirez, JW Richardson, K. Riles, NA Robertson, JG Rollins, CL Romel, JH Romie, MP Ross, K. Ryan, T. Sadecki, EJ Sanchez, LE Sanchez, TR Saravanan, RL Savage, D. Schaetz, R. Schnabel, E. Schwartz, D. Sellers, T. Shaffer, BJJ Slagmolen, JR Smith, S. Soni, B. Sorazu, AP Spencer , KA 应变, L . Sun, MJ Szczepańczyk, M. Thomas, P. Thomas, KA Thorne, K. Toland, CI Torrie, G. Traylor, AL Urban, G. Valdes, PJ Veitch, K. Venkateswara, G. Venugopalan, AD Viets, T . Vo, C. Vorvick, M. Wade, RL Ward, J. Warner, B. Weaver, R. Weiss, B. Willke, CC Wipf, L. Xiao, H. Yamamoto, L. Zhang, ME Zucker, and J . Zweizig，接近 10 公斤物体的运动基态，Science 372, 1333 (2021)。
https:///doi.org/10.1126/science.abh2634
[62] S. Barzanjeh、A. Xuereb、S. Gröblacher、M. Paternostro、CA Regal 和 EM Weig，量子技术的光力学，Nature Physics 18, 15 (2022)。
https://doi.org/10.1038/s41567-021-01402-0
[63] C. Schäfermeier、H. Kerdoncuff、UB Hoff、H. Fu、A. Huck、J. Bilek、GI Harris、WP Bowen、T. Gehring 和 UL Andersen，Quantum 使用非经典光增强了机械振荡器的反馈冷却，Nature交流。 7, 13628 (2016)。
https：///doi.org/10.1038/ncomms13628
[64] C. Galland、N. Sangouard、N. Piro、N. Gisin 和 TJ Kippenberg，预示着空腔光力学、物理学中的单声子制备、存储和读出。 牧师莱特。 112, 143602 (2014)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.143602
[65] R. Riedinger、S. Hong、RA Norte、JA Slater、J. Shang、AG Krause、V. Anant、M. Aspelmeyer 和 S. Gröblacher，来自机械振荡器的单光子和声子之间的非经典相关性，自然 530 , 313 (2016)。
https：/ / doi.org/10.1038/nature16536
[66] RY Teh、S. Kiesewetter、MD Reid 和 PD Drummond，非线性状态下光机械量子存储器的模拟，物理学。 修订版 A 96, 013854 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.013854
[67] S. Abdalla、S. Ng、P. Barrios、D. Celo、A. Delage、S. El-Mougy、I. Golub、J.-J。 He、S. Janz、R. McKinnon、P. Poole、S. Raymond、T. Smy 和 B. Syrett，具有可重构输出波导臂的基于载波注入的数字光开关，IEEE Photon。 技术。 莱特。 16, 1038 (2004)。
https:///doi.org/10.1109/LPT.2004.824984
[68] C. Sun、W. Wu、Y. Yu、G. Chen、X. Zhang、X. Chen、DJ Thomson 和 GT Reed，解复用免费片上低损耗多模开关，实现可重新配置的模式间和间-路径路由，Nanophotonics 7, 1571 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1515/ nanoph-2018-0053
[69] P. Hyllus 和 J. Eisert，连续变量系统的最优纠缠见证，New J. Phys。 8, 51 (2006)。
https://doi.org/10.1088/1367-2630/8/4/051
被引用
[1] Maryse Ernzer、Manel Bosch Aguilera、Matteo Brunelli、Gian-Luca Schmid、Christoph Bruder、Patrick P. Potts 和 Philipp Treutlein，“机械振荡器的光学相干反馈控制”， 的arXiv：2210.07674.
以上引用来自 SAO / NASA广告 （最近成功更新为2022-11-04 12:50:02）。 该列表可能不完整，因为并非所有发布者都提供合适且完整的引用数据。
On Crossref的引用服务 找不到有关引用作品的数据（上一次尝试2022-11-04 12:50:00）。
该论文发表在《量子》杂志上 国际知识共享署名署名4.0（CC BY 4.0） 执照。 版权归原始版权持有者所有，例如作者或其所在机构。
