論文の概要: Frequency Fluctuations in Nanomechanical Resonators due to Quantum Defects

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.08289v1
• Date: Tue, 14 Jan 2025 18:10:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-15 13:28:08.894491
• Title: Frequency Fluctuations in Nanomechanical Resonators due to Quantum Defects
• Title（参考訳）: 量子欠陥によるナノ機械共振器の周波数変動
• Authors: M. P. Maksymowych, M. Yuksel, O. A. Hitchcock, N. R. Lee, F. M. Mayor, W. Jiang, M. L. Roukes, A. H. Safavi-Naeini,
• Abstract要約: 2レベル系(TLS)欠陥はミリケルビン温度での消散を制御している。 フォノン結晶ナノメカニカル共振器の高速周波数変動を観測した。 周波数ノイズは、熱的に励起されたり、熱ゆらぎに強く結合された個々の遠方共振TLSと機械的結合によってよく説明される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Nanomechanical resonators promise diverse applications ranging from mass spectrometry to quantum information processing, requiring long phonon lifetimes and frequency stability. Although two-level system (TLS) defects govern dissipation at millikelvin temperatures, the nature of frequency fluctuations remains poorly understood. In nanoscale devices, where acoustic fields are confined to sub-wavelength volumes, strong coupling to individual TLS should dominate over weak coupling to defect ensembles. In this work, we monitor fast frequency fluctuations of phononic crystal nanomechanical resonators, while varying temperature ($10$ mK$-1$ K), drive power ($10^2-10^5$ phonons), and the phononic band structure. We consistently observe random telegraph signals (RTS) which we attribute to state transitions of individual TLS. The frequency noise is well-explained by mechanical coupling to individual far off-resonant TLS, which are either thermally excited or strongly coupled to thermal fluctuators. Understanding this fundamental decoherence process, particularly its RTS structure, opens a clear path towards noise suppression for quantum and sensing applications.
• Abstract（参考訳）: ナノメカニカル共振器は、質量分析から量子情報処理、長いフォノン寿命、周波数安定性といった様々な応用を約束する。 2レベル系(TLS)欠陥はミリケルビン温度での散逸を支配しているが、周波数変動の性質はよく分かっていない。 音場がサブ波長の体積に制限されるナノスケールデバイスでは、個々のTLSとの強い結合が欠陥アンサンブルとの弱い結合に支配される。 本研究では, フォノン結晶ナノメカニカル共振器の高速周波数変動を, 温度10$mK$-1$K, 駆動電力10^2-10^5$フォノン, およびフォノンバンド構造を観測した。 我々は、個々のTLSの状態遷移に起因するランダム電信信号(RTS)を一貫して観測する。 周波数ノイズは、熱的に励起されたり、熱ゆらぎに強く結合された個々の遠方共振TLSと機械的結合によってよく説明される。 この基本的なデコヒーレンス過程、特にRTS構造を理解することは、量子およびセンシング応用のためのノイズ抑制への明確な道を開く。

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