論文の概要: Characterization of Linear Measurements in Cavity Optomechanics: Examples and Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.21419v1
• Date: Fri, 29 Aug 2025 08:40:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-01 19:45:10.969577
• Title: Characterization of Linear Measurements in Cavity Optomechanics: Examples and Applications
• Title（参考訳）: キャビティ・オプティメカニクスにおける線形測定の特性:例と応用
• Authors: F. Bemani, O. Černotík, R. Filip,
• Abstract要約: 我々は、光学的測定の性能を定量化するフォーマリズムを開発する。 光学的非破壊測定における誤差の詳細な解析を行う。 この知識により、レヴィト力学における量子的非破壊測定のための戦略を提案することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Detailed understanding of physical measurements is essential for devising efficient metrological strategies and measurement-feedback schemes, as well as finding fundamental limitations on measurement sensitivity. In the quantum regime, measurements modify the state of the system of interest through measurement backaction as a direct consequence of the Heisenberg principle. In cavity optomechanics and electromechanics, a plethora of strategies exist for measuring the mechanical motion using electromagnetic fields, each leading to different competition between measurement imprecision and backaction. While this range of techniques allows broad applications of optomechanical and electromechanical devices, it makes direct comparison of different measurement methods difficult. We develop a formalism for quantifying the performance of optomechanical measurements using a few relevant figures of merit. Our approach is inspired by similar characterizations in quantum optics and quantifies the main properties of quantum measurements -- the ability to distinguish different quantum states and preservation of signal in the presence of measurement noise. We demonstrate our concept on the most common optomechanical measurements -- displacement detection, coherent quantum noise cancellation, and quantum nondemolition measurements -- and perform detailed analysis of errors in optomechanical nondemolition measurements. This newly acquired knowledge allows us to propose a strategy for quantum nondemolition measurements in levitodynamics using coherent scattering. Our results complement existing knowledge of linear optomechanical interactions and open the way to new understanding of optomechanical measurements, thus allowing also novel applications of optomechanical devices in fundamental physics and quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 物理測定の詳細な理解は、測定感度の基本的な限界を見つけるだけでなく、効率的な気象学的戦略と測定フィードバックスキームを考案するためにも不可欠である。 量子状態において、測定はハイゼンベルクの原理の直接的な帰結として、測定のバックアクションを通じて興味ある系の状態を変更する。 空洞光学と電気力学では、電磁場を用いて機械の動きを測定するための多くの戦略が存在し、それぞれが測定精度とバックアクションの異なる競合に繋がる。 この範囲の手法は、光学・電気機械機器の幅広い応用を可能にするが、異なる測定方法の直接比較は困難である。 我々は,いくつかの有意な数値を用いて,光学的測定の性能を定量化するフォーマリズムを開発した。 我々のアプローチは、量子光学における同様の特徴から着想を得て、量子計測の主な性質、すなわち、異なる量子状態と測定ノイズの存在下での信号の保存を区別する能力に着想を得ています。我々は、最も一般的な光学的計測、コヒーレントな量子ノイズキャンセリング、量子非劣化測定という概念を実証し、光学的非劣化測定における誤差の詳細な分析を行います。 この知識により、コヒーレント散乱を用いたレビト力学における量子的非破壊測定の戦略を提案することができる。 この結果は線形光学的相互作用の既存の知識を補完し、光学的測定の新たな理解への道を開くことで、基礎物理学や量子技術における光学的デバイスの新しい応用を可能にした。

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