論文の概要: Active-feedback quantum control of an integrated, low-frequency
mechanical resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.02799v2
- Date: Fri, 14 Apr 2023 11:55:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-17 15:58:18.348589
- Title: Active-feedback quantum control of an integrated, low-frequency
mechanical resonator
- Title（参考訳）: 集積型低周波機械共振器のアクティブフィードバック量子制御
- Authors: Jingkun Guo, Jin Chang, Xiong Yao, Simon Gr\"oblacher
- Abstract要約: 運動エネルギーが量子力学によって制限される状態にある巨大な機械共振器は、基礎物理学を研究するための有望なプラットフォームを提供する。
ここでは、ピック・アンド・プレイス法を用いて作製された完全統合光学デバイス上での計測に基づくフィードバック冷却を実証する。
液体窒素環境下では, 液体ヘリウムと3.5を前冷却した場合の平均フォノン占有率は0.76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: Preparing a massive mechanical resonator in a state where its motional energy
is limited by quantum mechanics provides a promising platform for studying
fundamental physics with macroscopic systems and allows to realize a variety of
applications, including precise sensing. While over the past decade several
demonstrations of such ground-state cooled systems have been achieved, in
particular in sideband-resolved cavity optomechanics, for many systems
overcoming the heating rate from the thermal bath remains a major challenge. In
contrast, optomechanical systems in the sideband-unresolved limit are much
easier to realize due to the relaxed requirements on the optical properties of
the system. For such a system, a measurement based real-time control scheme can
be implemented to reduce its motional energy, and the achievable energy is
ultimately limited by the correlation between the measurement precision and the
back-action due to the measurement. Here, we demonstrate measurement-based
feedback cooling on a fully integrated optomechanical device fabricated using a
pick-and-place method, operating deep in the sideband-unresolved limit. With
the large optomechanical interaction and a low thermal decoherence rate, we
achieve a minimal average phonon occupation of 0.76 when pre-cooled with liquid
helium and 3.5 in a liquid nitrogen environment. Significant sideband asymmetry
for all bath temperatures verifies the quantum character of the mechanical
motion. Our method and device are ideally suited for sensing applications
directly operating at the quantum limit and greatly simplifies the operation of
an optomechanical system in this regime.
- Abstract（参考訳）: 量子力学によってその運動エネルギーが制限された状態で巨大なメカニカル共振器を準備することは、基礎物理学をマクロシステムで研究するための有望なプラットフォームを提供し、精密センシングを含む様々な応用を可能にする。
過去10年にわたって、このような地中冷却システムの実証がいくつか行われてきたが、特にサイドバンド分解空洞光学では、熱浴からの加熱速度を克服する多くのシステムが大きな課題となっている。
対照的に、サイドバンド未解決限界における光力学系は、システムの光学特性の緩和された要件のため、より容易に実現できる。
このようなシステムでは, 計測精度と測定結果によるバックアクションとの相関により, 実時間実時間制御方式を実装でき, 実現可能なエネルギーは最終的に制限される。
本稿では, ピック・アンド・プレース法を用いて作製した全集積光機械装置において, サイドバンド未解決限界の奥深くで動作し, 測定に基づくフィードバック冷却を実演する。
その結果, 液体ヘリウムで予冷すると0.76, 液体窒素環境で3.5と, 光力学的相互作用が大きく, 熱的デコヒーレンス率が低いことが判明した。
すべての浴室温度に対する重要なサイドバンド非対称性は、機械運動の量子特性を検証する。
本手法とデバイスは、量子限界で直接動作するアプリケーションを検出するのに理想的であり、この方法では光学機械システムの動作を大幅に単純化する。
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