論文の概要: Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free
space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.03853v2
- Date: Fri, 23 Apr 2021 15:11:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 23:59:41.816824
- Title: Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free
space
- Title（参考訳）: 極低温自由空間に光学浮揚したナノ粒子の量子制御
- Authors: Felix Tebbenjohanns, M. Luisa Mattana, Massimiliano Rossi, Martin
Frimmer, Lukas Novotny
- Abstract要約: マクロスケールでの量子力学のテストでは、機械運動とそのデコヒーレンスを極端に制御する必要がある。
本研究では, 低温自由空間においてフェムトグラム誘電体粒子を光的に浮遊させる。
測定に基づくフィードバックによって中心運動を冷却し, 平均占有率は0.65運動量で, 状態純度は43%である。
- 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: Tests of quantum mechanics on a macroscopic scale require extreme control
over mechanical motion and its decoherence. Quantum control of mechanical
motion has been achieved by engineering the radiation-pressure coupling between
a micromechanical oscillator and the electromagnetic field in a resonator.
Furthermore, measurement-based feedback control relying on cavity-enhanced
detection schemes has been used to cool micromechanical oscillators to their
quantum ground states. In contrast to mechanically tethered systems, optically
levitated nanoparticles are particularly promising candidates for matter-wave
experiments with massive objects, since their trapping potential is fully
controllable. In this work, we optically levitate a femto-gram dielectric
particle in cryogenic free space, which suppresses thermal effects sufficiently
to make the measurement backaction the dominant decoherence mechanism. With an
efficient quantum measurement, we exert quantum control over the dynamics of
the particle. We cool its center-of-mass motion by measurement-based feedback
to an average occupancy of 0.65 motional quanta, corresponding to a state
purity of 43%. The absence of an optical resonator and its bandwidth
limitations holds promise to transfer the full quantum control available for
electromagnetic fields to a mechanical system. Together with the fact that the
optical trapping potential is highly controllable, our experimental platform
offers a route to investigating quantum mechanics at macroscopic scales.
- Abstract（参考訳）: マクロスケールでの量子力学のテストでは、機械運動とそのデコヒーレンスを極端に制御する必要がある。
機械振動の量子制御は、マイクロメカニカル発振器と共振器の電磁場との放射圧結合を工学的に行うことで達成されている。
さらに、キャビティ強化検出方式に依存する測定に基づくフィードバック制御は、マイクロメカニカル振動子を量子基底状態に冷却するために用いられる。
メカニカルテザリングシステムとは対照的に、光学共振ナノ粒子は、そのトラップ電位が完全に制御可能であるため、大規模物体を用いた物質波実験の候補として特に有望である。
本研究では, フェムトグラム誘電体粒子を低温自由空間に光的に浮遊させ, 熱効果を十分に抑制し, 測定バックアクションを支配的デコヒーレンス機構とする。
効率的な量子測定により、粒子の力学の量子制御を行う。
測定に基づくフィードバックによって中心運動を冷却し, 平均占有率は0.65運動量で, 状態純度は43%である。
光共振器の欠如とその帯域制限は、電磁場に利用可能な完全な量子制御を機械システムに転送することを約束する。
光学トラップ電位が高度に制御可能であることに加えて、我々の実験プラットフォームは、マクロスケールで量子力学を研究するためのルートを提供する。
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