論文の概要: An Ultra-Cold Mechanical Quantum Sensor for Tests of New Physics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.02653v1
• Date: Thu, 03 Jul 2025 14:18:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-04 15:37:16.387497
• Title: An Ultra-Cold Mechanical Quantum Sensor for Tests of New Physics
• Title（参考訳）: 物理実験用超低温量子センサ
• Authors: Andraz Omahen, Simon Storz, Marius Bild, Dario Scheiwiller, Matteo Fadel, Yiwen Chu,
• Abstract要約: モードの初期状態の不純物は その後の量子アルゴリズムの不完全性に影響を与える 量子センサーでは、基底状態からの励起が検出器のノイズに寄与する。 高オーバトンバルク波共振器におけるGHz周波数モードの励起状態密度を測定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Initialization of mechanical modes in the quantum ground state is crucial for their use in quantum information and quantum sensing protocols. In quantum processors, impurity of the modes' initial state affects the infidelity of subsequent quantum algorithms. In quantum sensors, excitations out of the ground state contribute to the noise of the detector, and their prevalence puts a bound on rare events that deposit energy into the mechanical modes. In this work, we measure the excited-state populations of GHz-frequency modes in a high-overtone bulk acoustic wave resonator (HBAR). We find that the population of the first excited state can be as low as $P_p$=(1.2$\pm$5.5)$\times10^{-5}$, corresponding to an effective temperature of 25.2 mK, which are upper bounds limited by imperfections in the measurement process. These results compare favorably to the lowest populations measured in superconducting circuits. Finally, we use the measured populations to constrain the amplitude of high-frequency gravitational waves, the kinetic mixing strength of ultra-light dark matter, and non-linear modifications of the Schr\"{o}dinger equation describing wavefunction collapse mechanisms. Our work establishes HBARs as a versatile resource for quantum state initialization and studies of fundamental physics.
• Abstract（参考訳）: 量子基底状態におけるメカニカルモードの初期化は、量子情報や量子センシングプロトコルでの利用に不可欠である。 量子プロセッサでは、モードの初期状態の不純物はその後の量子アルゴリズムの不完全性に影響を与える。 量子センサーでは、基底状態からの励起は検出器のノイズに寄与し、その頻度は、機械的なモードにエネルギーを蓄積する稀な事象に束縛される。 本研究では,高オーバトンバルク波共振器(HBAR)におけるGHz周波数モードの励起状態密度を測定した。 第一励起状態の個体数は、測定過程における不完全性によって制限された上限である25.2 mKの有効温度に対応する、$P_p$=(1.2$\pm$5.5)$\times10^{-5}$と同等に低いことが分かる。 これらの結果は超伝導回路で測定された最も低い個体群と好意的に比較できる。 最後に, 高周波数重力波の振幅, 超軽量ダークマターの運動混合強度, および波動関数崩壊機構を記述したSchr\"{o}dinger方程式の非線形修正を, 測定集団を用いて抑制する。 我々の研究は、量子状態の初期化と基礎物理学の研究のための汎用的な資源としてHBARを確立する。

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