論文の概要: Time-of-flight force sensing below the quantum zero-point fluctuation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.09854v1
• Date: Mon, 11 May 2026 01:10:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-12 23:28:50.453785
• Title: Time-of-flight force sensing below the quantum zero-point fluctuation
• Title（参考訳）: 量子零点変動下における飛行時力センシング
• Authors: Sotatsu Otabe, Mitsuyoshi Kamba, Yuto Kojima, Kiyotaka Aikawa,
• Abstract要約: 我々は、量子制限力センシングのための有望なプラットフォームとして、浮遊ナノ粒子が使用できることを示す。 我々の研究結果は、量子限界を超える有望なセンシングプラットフォームとして、浮遊したナノ粒子を利用するための道を開いた。
• 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: Sensing weak forces through observing a mechanical motion near or below its quantum zero-point fluctuation has been desired in diverse areas. While mechanical oscillators have played a crucial role in such studies, their application to free-fall-type sensing has been elusive, in particular in the quantum regime. Here, we demonstrate sensing a static force of the order of 10 zeptonewtons with a levitated nanomechanical oscillator below the zero-point fluctuation through the rapid modulation of its confining potential. We prepare a squeezed state with a reduced velocity uncertainty by abruptly decreasing the potential. Subsequently, we detect the exerted static force through time-of-flight measurements, where we release the nanoparticle from the potential and measure the displacement during a free fall. Furthermore, time-of-flight measurements allow us to perform quantum state tomography of the squeezed state, from which we reconstruct its Wigner quasiprobability distribution and evaluate the Fisher information for the position measurement to quantify the achievable force sensitivity of our protocol. Our results demonstrate that modulating the trap stiffness serves as a crucial technique for quantum-limited force sensing and paves the way to utilize a levitated nanoparticle as a promising sensing platform beyond the quantum limit with a capability of quantum state tomography.
• Abstract（参考訳）: 量子零点ゆらぎの近くまたはそれ以下で機械的な動きを観察することで弱い力を感知することが、様々な領域で望まれている。 機械振動子はそのような研究において重要な役割を担っているが、自由落下型センシングへの応用は特に量子状態において解明されている。 ここでは, ゼロ点揺らぎの下にある浮遊ナノメカニカル発振器を用いて, 10個のゼプトニュートンの秩序の静的な力を検出することを実証する。 突発的に電位を下げることにより、速度の不確実性を低減した圧縮状態を作成する。 その後、飛行時間測定により運動する静力を検出し、そこでナノ粒子を電位から放出し、自由落下時の変位を測定する。 さらに、飛行時間測定により、圧縮状態の量子状態トモグラフィを行い、そこからウィグナー準確率分布を再構成し、位置測定のためのフィッシャー情報を評価し、このプロトコルの達成可能な力感度を定量化する。 以上の結果から, トラップ剛性の変化は, 量子状態トモグラフィーの能力を備えた量子限界を超える有望なセンシングプラットフォームとして, 浮遊ナノ粒子を活用するための重要な技術であることが示された。

関連論文リスト

• A levitated nano-accelerometer sensitized by quantum quench [0.0]
  量子基底状態近傍のナノ粒子の非平衡ダイナミクスを利用したナノスケール加速度計を実現する。 急激なクレンチングは、位置の不確かさの最小化により感度が向上するインスタンスを提供する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-01-28T23:22:01Z)
• Quantum Zeno Effect in the Spatial Evolution of a Single Atom [40.445653829112494]
  量子ゼノ効果(QZE)は、頻繁な測定が量子進化を抑制することを明らかにしている。 我々は,光双極子トラップを用いて,自由空間における単一冷間原子の運動を研究する。 本研究では,実空間におけるQZEの直接的実験実験を行い,原子運動の計測に基づく制御のための多目的フレームワークを構築した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-09-29T08:23:19Z)
• Quantum sensing of displacements with stabilized GKP states [41.94295877935867]
  本稿では,2つの四面体変位センサの推定に,Gottesman-Kitaev-Preskill状態の安定化のためのプロトコルをどのように利用できるかを示す。 この安定化のおかげで、このセンサーはバックアクションを回避し、リセットせずに連続的に機能し、イテナント信号の検出に適している。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-06-25T17:18:50Z)
• Quantum squeezing of a levitated nanomechanical oscillator [0.0]
  本研究では, 単一ナノ粒子の振動周波数を急速に変化させることにより, 運動の量子的スクイーズを実証する。 我々の研究は、浮遊したナノ粒子がその運動の古典的でない状態を研究するのに理想的なプラットフォームであることを示している。 量子センシングの応用と、マクロスケールでの量子力学の探索の道を開く。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-04-24T21:15:22Z)
• Table-top nanodiamond interferometer enabling quantum gravity tests [34.82692226532414]
  テーブルトップナノダイアモンドを用いた干渉計の実現可能性について検討する。 安定した質量を持つ物体の量子重ね合わせを頼りにすることで、干渉計は小さな範囲の電磁場を利用することができるかもしれない。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-05-31T17:20:59Z)
• Squeezing below the ground state of motion of a continuously monitored levitating nanoparticle [0.0]
  Squeezingは、量子情報処理と量子センシングにとって重要なリソースである。 トラップ電位の時間制御を慎重に組み込んだスキームの性能解析を行う。 我々の提案は、実験的な最先端に近いものであり、量子状態工学にとって貴重なツールである。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-03-27T17:34:50Z)
• Universality of critical dynamics with finite entanglement [68.8204255655161]
  臨界近傍の量子系の低エネルギー力学が有限絡みによってどのように変化するかを研究する。 その結果、時間依存的臨界現象における絡み合いによる正確な役割が確立された。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-01-23T19:23:54Z)
• Detectable Signature of Quantum Friction on a Sliding Particle in Vacuum [58.720142291102135]
  粒子の量子コヒーレンス劣化における量子摩擦の痕跡を示す。 量子摩擦センサとして粒子が獲得した累積幾何位相を用いることを提案する。 実験的に実行可能なスキームは、非接触摩擦の検出に新たな最適化を引き起こす可能性がある。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-03-22T16:25:27Z)
• Quantum Zeno effect appears in stages [64.41511459132334]
  量子ゼノ効果において、量子測定は、2レベル系のコヒーレント振動を、その状態が測定固有状態の1つに凍結することによってブロックすることができる。 我々は,Zeno体制の開始には,測定強度が増大するにつれて,システム力学において$$$の遷移のtextitcascadeが特徴的であることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-03-23T18:17:36Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。