論文の概要: Active-feedback quantum control of an integrated low-frequency mechanical resonator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.02799v3
• Date: Sun, 6 Aug 2023 19:54:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-08 23:20:13.366001
• Title: Active-feedback quantum control of an integrated low-frequency mechanical resonator
• Title（参考訳）: 集積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: ピック・アンド・プレイス法を用いて製造され、ディープサイドバンド未解決限度で作動する光学装置。 液体ヘリウムと3.5と液体窒素を前冷却した場合, フォノンの平均占有率は0.76である。 我々の方法と装置は、量子限界で直接動作するアプリケーションを検知するのに理想的である。
• 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 with quantum limited motional energy provides a promising platform for studying fundamental physics with macroscopic systems and allows to realize a variety of applications, including precise sensing. While several demonstrations of such ground-state cooled systems have been achieved, in particular in sideband-resolved cavity optomechanics, for many systems overcoming the heating 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 their optical properties, and the possibility to use a feedback control schemes to reduce the motional energy. The achievable thermal occupation is ultimately limited by the correlation between the measurement precision and the back-action from the measurement. Here, we demonstrate measurement-based feedback cooling on a fully integrated optomechanical device fabricated using a pick-and-place method, operating in the deep 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 with liquid nitrogen. Significant sideband asymmetry for both 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, greatly simplifying the operation of an optomechanical system in this regime.
• Abstract（参考訳）: 量子制限運動エネルギーを持つ状態に巨大な機械共振器を準備することで、マクロシステムによる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し、正確なセンシングを含む様々な応用を実現することができる。 このような地中冷却システムの実証はいくつか行われているが、特にサイドバンド分解キャビティ光学において熱浴からの加熱を克服するシステムの多くは大きな課題である。 対照的に、サイドバンド未解決限界の光学系は、光学特性の緩和要件と、フィードバック制御スキームを用いて運動エネルギーを減少させる可能性により、より容易に実現できる。 達成可能な熱的占有は、測定精度と測定からのバックアクションとの相関によって最終的に制限される。 そこで本研究では, 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, 深いサイドバンド分解限界下で動作し, 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も低かった。 両浴温におけ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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