論文の概要: Homodyne coherent quantum noise cancellation in a hybrid optomechanical
force sensor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.02592v4
- Date: Fri, 26 Aug 2022 11:02:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-02 03:20:09.297848
- Title: Homodyne coherent quantum noise cancellation in a hybrid optomechanical
force sensor
- Title（参考訳）: ハイブリッド光機械力センサにおけるホモダインコヒーレント量子ノイズキャンセラ
- Authors: H. Allahverdi, Ali Motazedifard, A. Dalafi, D. Vitali and M. H. Naderi
- Abstract要約: 圧縮真空注入を補助するハイブリッドオプティメカルセットアップにおいて, 力検出の感度を高めるための実験的手法を提案する。
ここでは,変分ホモダインの読み出しの導入により,このノイズキャンセリングを標準ケースと比較して最大40mmdB$まで高めることができることを示す。
非ゼロキャビティデチューニングでは、信号応答は標準の3倍から5倍のレベルで増幅可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: In this paper, we propose an experimentally viable scheme to enhance the
sensitivity of force detection in a hybrid optomechanical setup assisted by
squeezed vacuum injection, beyond the standard quantum limit (SQL). The scheme
is based on a combination of the coherent quantum noise cancellation (CQNC)
strategy with a variational homodyne detection of the cavity output spectrum in
which the phase of the local oscillator is optimized. In CQNC, realizing a
negative-mass oscillator in the system leads to exact cancellation of the
backaction noise from the mechanics due to destructive quantum interference.
Squeezed vacuum injection enhances this cancellation and allows sub-SQL
sensitivity to be reached in a wide frequency band and at much lower input
laser powers. We show here that the adoption of variational homodyne readout
enables us to enhance this noise cancellation up to $40 ~\mathrm{dB}$ compared
to the standard case of detection of the optical output phase quadrature,
leading to a remarkable force sensitivity of the order of $10^{-19}
\mathrm{N}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$, around 2-order enhancement compared to the
standard case. Moreover, we show that at nonzero cavity detuning, the signal
response can be amplified at a level three to five times larger than that in
the standard case without variational homodyne readout, improving the
signal-to-noise-ratio (SNR). Finally, the variational readout CQNC developed in
this paper may be applied to other optomechanical-like platforms such as
levitated systems and multimode optomechanical arrays or crystals as well as
Josephson-based optomechanical systems.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,標準的な量子限界(SQL)を超えた真空注入を補助するハイブリッドオプティメカルセットアップにおいて,力検出の感度を高めるための実験可能なスキームを提案する。
この方式は、コヒーレント量子ノイズキャンセリング(CQNC)戦略と、局所発振器の位相を最適化した共振器出力スペクトルの変動ホモダイン検出の組み合わせに基づいている。
cqncでは、システム内の負質量発振器の実現は、破壊的量子干渉による力学からのバックアクションノイズの正確なキャンセルにつながる。
スクイーズド真空注入は、このキャンセルを強化し、サブSQL感度を広い周波数帯とはるかに低い入力レーザーパワーで到達できるようにする。
ここでは、変分ホモダインの読み出しの導入により、このノイズキャンセリングを、光学出力位相の2次検出の標準ケースと比較して最大40 〜\mathrm{dB}$まで向上させることができることを示し、標準ケースに比べて約2次強化の10–19} \mathrm{N}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$のオーダーに対する顕著な力感度をもたらすことを示した。
さらに,ノンゼロキャビティデチューニングでは,可変ホモダイン読み出しを伴わない標準ケースでは,信号応答を3〜5倍大きく増幅でき,信号対雑音比(snr)が向上することを示した。
最後に,本論文で開発された変分読み出しcqncは,浮揚系や多モード光メカニカルアレイや結晶,ジョセフソン系光メカニカル系など,他の光メカニカルライクなプラットフォームに適用することができる。
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