論文の概要: Quantum collective motion of macroscopic mechanical oscillators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.02453v1
- Date: Tue, 2 Jul 2024 17:32:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-03 14:27:11.816526
- Title: Quantum collective motion of macroscopic mechanical oscillators
- Title（参考訳）: マクロメカニカル発振器の量子集団運動
- Authors: Mahdi Chegnizadeh, Marco Scigliuzzo, Amir Youssefi, Shingo Kono, Evgenii Guzovskii, Tobias J. Kippenberg,
- Abstract要約: 超伝導回路のオプティメカルプラットフォームにおいて,共振器と共振器を結合した6つの機械振動子の集合挙動について述べる。
実験により,オプトメカニカルカップリング率の増加は,個々の機械振動子から集合モードへの遷移を誘導することを示した。
このようなモードとキャビティとの結合速度は、Tavis-Cummingsシステムと同様、結合振動子数とともに増加する。
- 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: Collective phenomena in physics emerge from interactions among numerous components in a complex system, leading to behaviors distinct from those of individual parts. This domain includes classical phenomena like synchronization and extends to quantum phenomena such as Bose-Einstein condensation and super-radiance. Studying these phenomena in controlled artificial systems allows for simulating complex natural systems. Solid-state mechanical oscillators, controllable via optomechanical coupling, have been proposed for exploring collective phenomena, but experimental realizations face the challenge of requiring nearly degenerate mechanical oscillators. In this work, we present the collective behavior of six mechanical oscillators coupled to a common cavity in a superconducting circuit optomechanical platform. We experimentally demonstrate that increasing the optomechanical coupling rates induces a transition from individual mechanical oscillators to a collective mode, characterized by equal amplitude and relative phase of the oscillators. By utilizing the finite non-degeneracy of mechanical frequencies and rapidly quenching the optomechanical couplings, we directly measure the amplitude and relative phase of the oscillators in the collective mode. We find that the coupling rate of such mode to the cavity increases with the number of coupled oscillators, similar to a Tavis-Cummings system. Further increasing the coupling rates pushes this collective mode into the strong coupling regime with the cavity. We demonstrate sideband ground-state cooling of the collective mode, achieving a 0.4 quanta occupation, and observe quantum sideband asymmetry for this mode. Observing collective optomechanical phenomena in the quantum regime opens avenues for studying synchronization, investigating topological phases of sound, and achieving multipartite phonon-phonon and photon-phonon entanglement.
- Abstract（参考訳）: 物理における集合現象は、複雑な系の多くの構成要素間の相互作用から生じ、個々の部品と異なる振る舞いをもたらす。
この領域は同期のような古典的な現象を含み、ボース=アインシュタイン凝縮や超放射のような量子現象にまで拡張する。
制御された人工システムでこれらの現象を研究することで、複雑な自然システムをシミュレートすることができる。
立体状態のメカニカル発振器は、オプトロメカニカルカップリングによって制御可能であり、集合現象を探索するために提案されているが、実験的な実現は、ほとんど退化するメカニカル発振器を必要とするという課題に直面している。
本研究では,超伝導回路の光学的プラットフォームにおいて,共振器と共振器を結合した6つの機械振動子の集合挙動を示す。
実験により,オプトメカニカルカップリング率の増加は,振動子の等振幅と相対位相を特徴とする,個々の機械振動子から集合モードへの遷移を誘導することを示した。
機械周波数の有限非縮退性を利用して、振動子の振幅と相対位相を直接測定する。
このようなモードとキャビティとの結合速度は、Tavis-Cummingsシステムと同様、結合振動子数とともに増加する。
さらに結合速度が増加すると、この集合モードは空洞との強い結合状態へと押し込まれる。
我々は、集合モードのサイドバンド基底状態冷却を実証し、0.4量子化を実現し、このモードの量子サイドバンド非対称性を観察する。
量子状態における集合的な光学現象の観測は、同期の研究、音の位相位相の研究、マルチパーティライトフォノンフォノンとフォトンフォノンの絡み合いの達成のための道を開く。
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