論文の概要: Multi-mode cooling of a Bose-Einstein condensate with linear quantum feedback

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.02377v1
• Date: Tue, 03 Jun 2025 02:26:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-04 21:47:35.200145
• Title: Multi-mode cooling of a Bose-Einstein condensate with linear quantum feedback
• Title（参考訳）: 線形量子フィードバックを持つボース・アインシュタイン凝縮体のマルチモード冷却
• Authors: Zain Mehdi, Matthew L. Goh, Matthew J. Blacker, Joseph J. Hope, Stuart S. Szigeti,
• Abstract要約: オービレート準2次元原子ボース・アインシュタイン凝縮(BEC)の運動自由度に対する測定に基づくフィードバック制御を理論的に検討する。 我々は,連続的な測定と制御の下で凝縮体の集合励起の多モードダイナミクスを記述する線形四面体-ガウスモデルを開発した。 本研究は, 単音素平均占有量以下で集団励起を冷却できることを示す分析結果である。
• 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: We theoretically investigate measurement-based feedback control over the motional degrees of freedom of an oblate quasi-2D atomic Bose-Einstein condensate (BEC) subject to continuous density monitoring. We develop a linear-quadratic-Gaussian (LQG) model that describes the multi-mode dynamics of the condensate's collective excitations under continuous measurement and control. Crucially, the multi-mode cold-damping feedback control we consider uses a realistic state-estimation scheme that does not rely upon a particular model of the atomic dynamics. We present analytical results showing that collective excitations can be cooled to below single-phonon average occupation (ground-state cooling) across a broad parameter regime and identify the conditions under which the lowest steady-state phonon occupation is asymptotically achieved. Further, we develop multi-objective optimization methods that explore the trade-off between cooling speed and the final energy of the cloud and provide numerical simulations demonstrating the ground-state cooling of the lowest ten motional modes above the condensate ground state. Our investigation provides concrete guidance on the feedback control design and parameters needed to experimentally realize a feedback-cooled BEC.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 連続密度モニタリング対象の準2次元原子ボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の運動自由度に対する測定に基づくフィードバック制御について理論的に検討する。 我々は,連続的な測定と制御の下で凝縮体の集合励起の多モードダイナミクスを記述する線形四面体-ガウスモデルを開発した。 重要なことに、我々が考慮しているマルチモード冷延フィードバック制御は、原子動力学の特定のモデルに依存しない現実的な状態推定スキームを使用する。 本研究では, 単一フォノンの平均的占有(地中冷却)以下に, 集団励起を冷却し, 最低定常フォノン占有が漸近的に達成される条件を特定した。 さらに, 冷却速度と雲の最終エネルギーとのトレードオフを探索する多目的最適化手法を開発し, 凝縮基底状態よりも低い10運動モードの基底状態冷却を数値シミュレーションで示す。 本研究は,フィードバック冷却BECを実験的に実現するために必要なフィードバック制御設計とパラメータに関する具体的なガイダンスを提供する。

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