論文の概要: Entanglement-enhanced optomechanical sensor array for dark matter searches

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.07291v2
• Date: Wed, 7 Dec 2022 05:19:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-22 16:45:37.168440
• Title: Entanglement-enhanced optomechanical sensor array for dark matter searches
• Title（参考訳）: 暗黒物質探索のためのエンタングルメント強化光学センサアレイ
• Authors: Anthony J. Brady, Xin Chen, Kewen Xiao, Yi Xia, Jack Manley, Mitul Dey Chowdhury, Zhen Liu, Roni Harnik, Dalziel J. Wilson, Zheshen Zhang and Quntao Zhuang
• Abstract要約: メカニカルセンサーは低周波数領域における暗黒物質探索の有力候補の1つである。 本稿では,機械式センシング装置を用いたDM探索を支援するために,エンタングルメント強化オプトメカニカルセンシングシステムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.690597210878011
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The nature of dark matter is one of the most important open questions in modern physics. The search for dark matter is challenging since, besides gravitational interaction, it feebly interacts with ordinary matter. Mechanical sensors are one of the leading candidates for dark matter searches in the low frequency region. Here, we propose entanglement-enhanced optomechanical sensing systems to assist the search for DM with mechanical sensing devices. To assess the performance of our setup, we adopt the integrated sensitivity, which is particularly suitable for broadband sensing as it precisely quantifies the bandwidth-sensitivity tradeoff of the system. We then show that, by coherently operating the optomechanical sensor array and utilizing continuous-variable multi-partite entanglement between the optical fields, the array of sensors has a scaling advantage over independent sensors (i.e., $\sqrt{M}\rightarrow M$, where $M$ is the number of sensors) as well as a performance boost due to entanglement. Such an advantage is robust to imhomogeneities of the mechanical sensors and is achievable with off-the-shelf experimental components.
• Abstract（参考訳）: ダークマターの性質は、現代物理学において最も重要な疑問の一つである。 ダークマターの探索は、重力相互作用の他に、通常物質と弱く相互作用するため、難しい。 メカニカルセンサーは低周波数領域における暗黒物質探索の有力候補の1つである。 本稿では,機械式センシング装置を用いたDM探索を支援するために,エンタングルメント強化光学式センシングシステムを提案する。 そこで本研究では,本システムの性能を評価するため,広帯域センシングに特に適する統合感度を,システムの帯域幅・感度トレードオフを高精度に定量化する。 次に、光学的センサアレイをコヒーレントに操作し、光学場間の連続的な多成分の絡み合いを利用して、センサの配列が独立したセンサ(例えば、$m$がセンサーの数である$\sqrt{m}\rightarrow m$)に対するスケーリングの利点と、絡み合いによるパフォーマンスの向上をもたらすことを示した。 このような利点は機械センサーの不均一性に対して堅牢であり、既製の実験部品で実現可能である。

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