論文の概要: Efficient Conversion of Optical to Mechanical States Close to the Single-Quantum Level

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.04150v1
• Date: Thu, 03 Sep 2026 17:43:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-04 18:28:39.18929
• Title: Efficient Conversion of Optical to Mechanical States Close to the Single-Quantum Level
• Title（参考訳）: 単一量子レベルに近い光学的状態から機械的状態への効率的な変換
• Abstract要約: ミルライルビン温度で動作する光学結晶において, 単一量子状態に近い効率の低いフォトン-フォノン状態転移を示す。 我々は、記録レベルのフォトン-フォノン変換効率が=0.76$、メカニカルストレージ寿命が7.3s$、可変変換帯域が4.5MHzを超えることを達成した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 38.53693460708997
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Coherent interfaces between optical photons and mechanical excitations provide a promising route towards phonon-state engineering and hybrid quantum information processing. Cavity optomechanical systems enable such interfaces via optomechanically induced transparency (OMIT), allowing coherent mapping between traveling optical fields and localized mechanical modes. However, previous implementations of OMIT conversion protocols were limited to classical input signals with large coherent state photon numbers due to room temperature operation and corresponding thermal mechanical noise. Here, we demonstrate efficient low-noise photon-phonon state transfer close to the single-quantum regime in an optomechanical crystal operated at Millikelvin temperatures. Using weak coherent optical input pulses at the few-photon level, we achieve a record-level photon-phonon conversion efficiency of $η=0.76$, a mechanical storage lifetime of $T_\mathrm{1}=7.3~μs$, and a tunable conversion bandwidth exceeding 4.5 MHz. Hanbury Brown-Twiss measurements of the retrieved signal demonstrate the coherent nature of the converted phononic state, evidencing low added thermal noise in the conversion process ($n_\mathrm{th}=9.0$). These results establish optomechanical crystals as efficient optical interfaces to GHz mechanical modes and provide a pathway toward deterministic single-quantum-level mechanical state preparation.
• Abstract（参考訳）: 光子と機械励起のコヒーレントな界面は、フォノン状態工学とハイブリッド量子情報処理への有望な経路を提供する。 キャビティ・オプティメカニカル・システム(英語版)は、オプティメカニカル・インダスト・透明性(OMIT)を介してそのようなインタフェースを可能にし、移動光学場と局所的なメカニカル・モード間のコヒーレント・マッピングを可能にする。 しかし、以前のOMIT変換プロトコルの実装は、室温動作とそれに対応する熱力学ノイズによるコヒーレントな状態光子数を持つ古典的な入力信号に限られていた。 そこで本研究では,ミルリクトルビン温度で動作する光学結晶において,単一量子状態に近い効率の低い光子-フォノン状態転移を示す。 数光子レベルの弱いコヒーレント光入力パルスを用いて、記録レベルの光子-フォノン変換効率が$η=0.76$、機械的記憶寿命が$T_\mathrm{1}=7.3~μs$、チューニング可能な変換帯域幅が4.5MHzを超える。 ハンベリー・ブラウン・ツイツ(Hanbury Brown-Twiss)は、変換されたフォノン状態のコヒーレントな性質を示し、変換過程において低い付加熱雑音(n_\mathrm{th}=9.0$)を生じる。 これらの結果は、GHzのメカニカルモードに対する効率的な光学インタフェースとして光学結晶を確立し、決定論的単一量子レベルのメカニカル状態形成への経路を提供する。

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