論文の概要: Vectorial polaritons in the quantum motion of a levitated nanosphere

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.15265v1
• Date: Wed, 30 Dec 2020 18:26:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-18 07:37:27.684454
• Title: Vectorial polaritons in the quantum motion of a levitated nanosphere
• Title（参考訳）: 浮遊ナノ球の量子運動におけるベクトル偏光子
• Authors: A. Ranfagni, P. Vezio, M. Calamai, A. Chowdhury, F. Marino, and F. Marin
• Abstract要約: ナノ球の量子運動におけるフォノン偏光子の発生を示す。 本研究は,フォトニック成分とフォノン成分間の量子情報伝達のための新しいプロトコルを提案するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The strong coupling between elementary excitations of the electromagnetic field (photons) and quantized mechanical vibrations (phonons) produces hybrid quasi-particle states, known as phonon-polaritons. Their typical signature is the avoided crossing between the eigenfrequencies of the coupled system, as paradigmatically illustrated by the Jaynes-Cummings Hamiltonian, and observed in quantum electrodynamics experiments where cavity photons are coupled to atoms, ions, excitons, spin ensambles and superconducting qubits. In this work, we demonstrate the generation of phonon-polaritons in the quantum motion of an optically-levitated nanosphere. The particle is trapped in high vacuum by an optical tweezer and strongly coupled to a single cavity mode by coherent scattering of the tweezer photons. The two-dimensional motion splits into two nearly-degenerate components that, together with the optical cavity mode, define an optomechanical system with three degrees-of-freedom. As such, when entering the strong coupling regime, we observe hybrid light-mechanical states with a dispersion law typical of tripartite quantum systems. Remarkably, the independent components of motion here identify a physical vibration direction on a plane that, similarly to the polarization of light, confers a vectorial nature to the polariton field. Our results pave the way to novel protocols for quantum information transfer between photonic and phononic components and represent a key-step towards the demonstration of optomechanical entangled states at room temperature.
• Abstract（参考訳）: 電磁場(光子)の基本励起と量子化された機械振動(フォノン)の強い結合は、フォノン偏光子として知られるハイブリッド準粒子状態を生成する。 典型的なサインは結合系の固有周波数間の交差を回避し、Jaynes-Cummings Hamiltonianによってパラダイム的に説明され、空洞光子が原子、イオン、励起子、スピンエンサンブル、超伝導量子ビットと結合する量子電磁力学実験で観察される。 本研究では, ナノ球の量子運動におけるフォノン偏光子の発生を実証する。 粒子は光トウェザによって高真空に閉じ込められ、トウェザ光子のコヒーレント散乱によって単一のキャビティモードに強く結合される。 2次元運動は、光学キャビティモードとともに3自由度を持つ光学系を定義する2つのほぼ退化成分に分けられる。 このように、強い結合状態に入ると、三部量子系の典型的な分散法則でハイブリッド光機械状態が観察される。 驚くべきことに、この運動の独立成分は、光の偏光と同様に、偏光場にベクトル的性質を与える平面上の物理的振動方向を識別する。 本研究は,光子成分とフォノニック成分間の量子情報伝達のための新しいプロトコルへの道を開き,室温での光力学的絡み合い状態の実証に向けた鍵となるステップを示す。

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