論文の概要: Ultra-precision quantum sensing and measurement based on nonlinear
hybrid optomechanical systems containing ultracold atoms or atomic
Bose-Einstein condensate
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.01336v2
- Date: Thu, 18 Mar 2021 21:27:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-26 01:20:27.777828
- Title: Ultra-precision quantum sensing and measurement based on nonlinear
hybrid optomechanical systems containing ultracold atoms or atomic
Bose-Einstein condensate
- Title（参考訳）: 超低温原子またはボース・アインシュタイン凝縮体を含む非線形ハイブリッド光学系に基づく超精密量子センシングと測定
- Authors: Ali Motazedifard, and A. Dalafi, and M. H. Naderi
- Abstract要約: ハイブリッド光学系(OMS)は、非常に弱い信号を測定するための超精密量子センサとして用いられる。
標準OMSの出力光界のパワースペクトルに、駆動レーザ位相の古典的なゆらぎ、いわゆるレーザー位相ノイズ(LPN)がどう影響するかを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In this review, we study how a hybrid optomechanical system (OMS), in which a
quantum micro- or nano-mechanical oscillator (MO) is coupled to the
electromagnetic (EM) radiation pressure, consisting of an ensemble of ultracold
atoms or an atomic Bose-Einstein condensate (BEC), can be used as an ultra
precision quantum sensor for measuring very weak signals. As is well-known in
any precise quantum measurement the competition between the shot noise (SN) and
the backaction noise of measurement executes a limitation on the measurement
precision which is the so-called standard quantum limit (SQL). In the case
where the intensity of the signal is even lower than the SQL, one needs to
perform an ultra precision quantum sensing to beat the SQL. For this purpose,
we review three important methods for surpassing the SQL in a hybrid OMS: (i)
the backaction evading measurement of a quantum nondemolition (QND) variable of
the system, (ii) the coherent quantum backaction noise cancellation (CQNC), and
(iii) the so-called parametric sensing, the simultaneous signal amplification
and added noise suppression below the SQL. Furthermore, we have shown in this
article for the first time how the classical fluctuation of the driving laser
phase, the so-called laser phase noise (LPN), affects the power spectrum of the
output optical field in a standard OMS and induces an additional impression
noise which makes the total system noise increase above the SQL. Also, for the
first time in this review it has been shown that in the standard OMSs, it is
impossible to amplify signal while suppressing the noise below the SQL
simultaneously.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、超低温原子のアンサンブルまたは原子ボース・アインシュタイン凝縮体(bec)からなる電磁的(em)放射圧に量子マイクロまたはナノメカニカル発振器(mo)を結合したハイブリッド光機械システム(oms)を、非常に弱い信号を測定するための超精密量子センサとして用いる方法を検討する。
正確な量子測定においてよく知られているように、ショットノイズ(sn)とバックアクションノイズとの競合は、いわゆる標準量子限界(sql)である測定精度の制限を実行する。
信号の強度がsqlよりさらに低い場合は、sqlを打ち負かすために超精密な量子センシングを実行する必要がある。
この目的のために、ハイブリッドOMSでSQLを超える3つの重要な方法についてレビューする。
(i)系の量子非退化(qnd)変数の測定を回避したバックアクション
(ii)コヒーレント量子バックアクションノイズキャンセラ(cqnc)、及び
(iii)パラメトリックセンシング(parametric sensing)、同時信号増幅(amplification)、雑音抑圧( noise reduction)など。
さらに、本論文では、駆動レーザ位相の古典的なゆらぎ、いわゆるレーザー位相ノイズ(LPN)が、標準OMSの出力光場のパワースペクトルにどのように影響するかを初めて示し、SQLより総合的なシステムノイズを増大させる付加的な印象ノイズを誘導する。
また、このレビューで初めて、標準のOMSでは、SQLの下のノイズを同時に抑制しながら信号を増幅することは不可能であることが示されている。
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