論文の概要: Real-time optimal quantum control of mechanical motion at room
temperature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.15188v2
- Date: Thu, 17 Jun 2021 13:32:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-18 07:46:54.470078
- Title: Real-time optimal quantum control of mechanical motion at room
temperature
- Title（参考訳）: 室温における機械運動の実時間最適量子制御
- Authors: Lorenzo Magrini, Philipp Rosenzweig, Constanze Bach, Andreas
Deutschmann-Olek, Sebastian G. Hofer, Sungkun Hong, Nikolai Kiesel, Andreas
Kugi and Markus Aspelmeyer
- Abstract要約: 我々は、光学的に閉じ込められたナノ粒子の量子軌道のリアルタイム最適制御を示す。
浮揚と組み合わせることで、これはマクロ量子オブジェクトのウェーブパレットダイナミクスをフルスケールに制御する方法を舗装する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.050112001048099
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The ability to accurately control the dynamics of physical systems by
measurement and feedback is a pillar of modern engineering. Today, the
increasing demand for applied quantum technologies requires to adapt this level
of control to individual quantum systems. Achieving this in an optimal way is a
challenging task that relies on both quantum-limited measurements and
specifically tailored algorithms for state estimation and feedback. Successful
implementations thus far include experiments on the level of optical and atomic
systems. Here we demonstrate real-time optimal control of the quantum
trajectory of an optically trapped nanoparticle. We combine confocal position
sensing close to the Heisenberg limit with optimal state estimation via Kalman
filtering to track the particle motion in phase space in real time with a
position uncertainty of 1.3 times the zero point fluctuation. Optimal feedback
allows us to stabilize the quantum harmonic oscillator to a mean occupation of
$n=0.56\pm0.02$ quanta, realizing quantum ground state cooling from room
temperature. Our work establishes quantum Kalman filtering as a method to
achieve quantum control of mechanical motion, with potential implications for
sensing on all scales. In combination with levitation, this paves the way to
full-scale control over the wavepacket dynamics of solid-state macroscopic
quantum objects in linear and nonlinear systems.
- Abstract（参考訳）: 計測とフィードバックによって物理システムのダイナミクスを正確に制御できる能力は、現代の工学の柱である。
今日、応用量子技術に対する需要の増大は、このレベルの制御を個々の量子システムに適用する必要がある。
これを最適な方法で達成することは、量子制限測定と、状態推定とフィードバックのための特別に調整されたアルゴリズムの両方に依存する難しいタスクである。
成功した実装には、光学系と原子系のレベルに関する実験が含まれる。
ここでは、光学的に閉じ込められたナノ粒子の量子軌道のリアルタイム最適制御を示す。
ハイゼンベルク限界に近い共焦点位置センシングとカルマンフィルタによる最適状態推定を組み合わせることで,ゼロ点揺らぎの1.3倍の位置不確かさで位相空間内の粒子運動をリアルタイムに追跡する。
最適フィードバックにより、量子調和振動子を平均で$n=0.56\pm0.02$quantaに安定化し、室温から量子基底状態の冷却を実現する。
我々の研究は、機械運動の量子制御を実現する方法として量子カルマンフィルタリングを確立し、あらゆるスケールでのセンシングに潜在的な意味を持つ。
これはレビテーションと組み合わせて、線形および非線形系における固体巨視的量子オブジェクトの波束ダイナミクスをフルスケールで制御する道を開く。
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