論文の概要: Simultaneous ground-state cooling of two mechanical modes of a levitated nanoparticle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.15326v2
• Date: Wed, 5 Oct 2022 08:51:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-24 07:49:07.843525
• Title: Simultaneous ground-state cooling of two mechanical modes of a levitated nanoparticle
• Title（参考訳）: 浮遊ナノ粒子の2つのメカニカルモードの同時地上冷却
• Authors: Johannes Piotrowski, Dominik Windey, Jayadev Vijayan, Carlos Gonzalez-Ballestero, Andr\'es de los R\'ios Sommer, Nadine Meyer, Romain Quidant, Oriol Romero-Isart, Ren\'e Reimann, Lukas Novotny
• Abstract要約: 暗モードの影響を回避しつつ, 1次元から 2次元の地中冷却への移行を示す。 この結果から、量子制限された高軌道角運動量状態の生成の基礎と回転センシングへの応用が得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: The quantum ground state of a massive mechanical system is a steppingstone for investigating macroscopic quantum states and building high fidelity sensors. With the recent achievement of ground-state cooling of a single motional mode, levitated nanoparticles have entered the quantum domain. To overcome detrimental cross-coupling and decoherence effects, quantum control needs to be expanded to more system dimensions, but the effect of a decoupled dark mode has thus far hindered cavity-based ground state cooling of multiple mechanical modes. Here, we demonstrate two-dimensional (2D) ground-state cooling of an optically levitated nanoparticle. Utilising coherent scattering into an optical cavity mode, we reduce the occupation numbers of two separate centre-of-mass modes to 0.83 and 0.81, respectively. By controlling the frequency separation and the cavity coupling strengths of the nanoparticle's mechanical modes, we show the transition from 1D to 2D ground-state cooling while avoiding the effect of dark modes. Our results lay the foundations for generating quantum-limited high orbital angular momentum states with applications in rotation sensing. The demonstrated 2D control, combined with already shown capabilities of ground-state cooling along the third motional axis, opens the door for full 3D ground-state cooling of a massive object.
• Abstract（参考訳）: 巨大機械システムの量子基底状態は、マクロな量子状態を調査し、高忠実度センサーを構築するための足場である。 単一運動モードの基底状態冷却の最近の成果により、浮遊ナノ粒子は量子領域に入った。 有害なクロスカップリングとデコヒーレンス効果を克服するには、量子制御をより多くのシステム次元に拡張する必要があるが、デカップリングダークモードの影響は、これまで複数のメカニカルモードのキャビティベースの基底状態冷却を妨げてきた。 ここでは,光学浮揚ナノ粒子の2次元(2次元)基底状態冷却を実証する。 光キャビティモードへのコヒーレント散乱を利用して、2つの分離された質量中心モードの占有数をそれぞれ 0.83 と 0.81 に減らす。 ナノ粒子の機械的モードの周波数分離とキャビティ結合強度を制御することで、ダークモードの影響を避けながら1次元から2次元の基底状態冷却への遷移を示す。 その結果, 量子制限された高軌道角運動量状態の生成の基礎と回転センシングへの応用が得られた。 実演された2d制御は、3番目の運動軸に沿った地上状態冷却の能力と相まって、巨大な物体の3d地上状態冷却の扉を開く。

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