論文の概要: Feedback stabilization of a nanoparticle at the intensity minimum of an optical double-well potential

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.10601v1
• Date: Thu, 14 Aug 2025 12:41:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-15 22:24:48.315649
• Title: Feedback stabilization of a nanoparticle at the intensity minimum of an optical double-well potential
• Title（参考訳）: 光ダブルウェル電位の強度最小値におけるナノ粒子のフィードバック安定化
• Authors: Vojtěch Mlynář, Salambô Dago, Jakob Rieser, Mario A. Ciampini, Markus Aspelmeyer, Nikolai Kiesel, Andreas Kugi, Andreas Deutschmann-Olek,
• Abstract要約: 我々は,光二重井戸電位の不安定強度最小値でナノ粒子を安定化・閉じ込めするための適応フィードバック制御戦略を開発し,解析する。 我々の結果は、現在の吸収加熱限界を超える量子状態の準備に関する将来の実験に有望な経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4625958940786234
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: In this work, we develop and analyze adaptive feedback control strategies to stabilize and confine a nanoparticle at the unstable intensity minimum of an optical double-well potential. The resulting stochastic optimal control problem for a noise-driven mechanical particle in a nonlinear optical potential must account for unavoidable experimental imperfections such as measurement nonlinearities and slow drifts of the optical setup. To address these issues, we simplify the model in the vicinity of the unstable equilibrium and employ indirect adaptive control techniques to dynamically follow changes in the potential landscape. Our approach leads to a simple and efficient Linear Quadratic Gaussian (LQG) controller that can be implemented on fast and cost-effective FPGAs, ensuring accessibility and reproducibility. We demonstrate that this strategy successfully tracks the intensity minimum and significantly reduces the nanoparticle's residual state variance, effectively lowering its center-of-mass temperature. While conventional optical traps rely on confining optical forces in the light field at the intensity maxima, trapping at intensity minima mitigates absorption heating, which is crucial for advanced quantum experiments. Since LQG control naturally extends into the quantum regime, our results provide a promising pathway for future experiments on quantum state preparation beyond the current absorption heating limitation, like matter-wave interference and tests of the quantum-gravity interface.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,光二重井戸電位の不安定強度最小値でナノ粒子を安定化・閉じ込めするための適応フィードバック制御戦略を開発し,解析する。 非線形光学ポテンシャルにおけるノイズ駆動機械粒子の確率論的最適制御問題は、測定非線形性や光学装置の遅いドリフトのような避けられない実験上の欠陥を考慮しなければならない。 これらの問題に対処するため、不安定な平衡付近のモデルを単純化し、間接適応制御技術を用いて潜在的景観の変化を動的に追従する。 提案手法は,高速かつ費用対効果の高いFPGA上で実装し,アクセシビリティと再現性を確保する,シンプルで効率的な線形二次ガウス(LQG)コントローラを実現する。 この戦略は, ナノ粒子の残留状態の分散を著しく低減し, 質量中心温度を効果的に低下させることを実証した。 従来の光学トラップは、強度の極大での光場の集光力に依存するが、強度のミニマでのトラップは吸収加熱を緩和し、これは先進的な量子実験に欠かせない。 LQG制御は自然に量子状態に拡張されるので、我々の研究結果は、物質波干渉や量子重力界面のテストのような現在の吸収加熱制限を超えて、将来の量子状態の準備実験のための有望な経路を提供する。

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