Optomechanical sideband cooling of a micromechanical oscillator close to the quantum ground state
将介观力学振子冷却到其量子基态是制备和控制大尺度物体低熵量子态的基础。在这里，我们预冷70 MHz的微机械石英振荡器的占用低于200量子的热化它与600 mK的冷3 He气体。通过结构缺陷态的两能级系统诱导的阻尼被证明是强烈减少，同时作为一种新的测温方法，独立量化由于冷却激光器的过度加热。我们证明了动力学反作用边带冷却可以将平均占有率降低到9+-1个量子，这意味着可以在其量子基态中找到（10+-1）%的时间。
2010-11-01 quant-ph
Back-action ground state cooling of a micromechanical membrane via intensity-dependent interaction
提出了一种理论方案，说明了利用反作用冷却方法实现高精细度光学腔中振动微机械薄膜的量子基态冷却的可能性。该计划是基于强度依赖耦合的膜的腔内辐射压力场。通过求解稳态下的线性化量子朗之万方程，在Routh-Hurwitz准则的条件下，我们找到了膜的位置和动量方差的精确表达式。我们表明，通过改变兰姆-迪克参数和膜的反射率，可以有效地控制膜的振动的平均激发次数，也冷却系统到微开尔文温度。
2011-07-12 quant-ph
Passive Cooling of a Micromechanical Oscillator with a Resonant Electric Circuit
我们将微型悬臂梁电容耦合到一个驱动射频谐振电路中来冷却其基模。冷却结果从射频电容力，这是相移相对于悬臂运动。我们展示了冷却7 kHz的悬臂从室温到45 K的技术，获得合理的协议与模型的冷却，阻尼，和频移。将该方法扩展到低温系统中的更高频率可以实现基态冷却，并且可以证明比低温装置中的相关光学实验更简单。
2007-09-26 cond-mat.other quant-ph
Cavity-Enhanced Long-Distance Coupling of an Atomic Ensemble to a Micromechanical Membrane
我们讨论了一个混合量子系统，其中位于光学腔中的介质膜耦合到被困在光晶格中的远距离原子系综。这种耦合是通过晶格激光器的边带光子交换来实现的，并且通过腔的精细度以及原子数的平方根来增强。除了观察两个系统之间的相干动力学，人们还可以通过激光冷却原子来开启定制的耗散，从而允许膜的共振冷却。由此产生的冷却方案不需要解决边带条件的腔，这放松了在标准光机械腔冷却的约束。我们提出了一个量子力学处理这个模块化的开放系统，考虑到占主导地位的不完善之处，并确定最佳的操作点相干动力学和交感冷却。特别是，我们发现，基态冷却的低温预冷膜是可能的现实参数。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Sideband Cooling Micromechanical Motion to the Quantum Ground State
激光冷却技术的出现彻底改变了许多原子尺度系统的研究。这推动了量子计算机的发展，通过在运动的基态制备捕获的离子，并通过实现原子蒸气的玻色-爱因斯坦凝聚产生新的物质状态。类似的冷却技术提供了一种通用而灵活的方法，用于在宏观物体的运动基态中制备宏观物体，将强大的微观力学技术带入量子领域。腔光或机电系统通过光与运动之间的强相互作用实现边带冷却。然而，进入量子机制，小于单个量子的运动，一直难以捉摸，因为边带冷却还没有充分压倒机械系统与其热环境的耦合。在这里，我们展示了边带冷却的运动的微机械振荡器的量子基态。进入量子区需要大的机电相互作用，这是通过将微机械膜嵌入超导微波谐振电路来实现的。为了验证冷却的膜运动到量子制度，我们进行了近量子限制的测量微波场，解决这个运动的海森堡极限的5.1倍。此外，我们的设备具有强耦合，允许微波光子和机械声子的相干交换。同时实现强耦合、基态制备和有效测量为控制和检测非经典运动态的快速发展奠定了基础，甚至可能在更大尺寸和质量的未探索区域测试量子理论本身。
2011-03-10 quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Micromechanical Oscillator
微纳光学机械系统提供光学和机械自由度的辐射压力耦合，并因其探索宏观物体的量子力学现象的能力而受到积极追求。这些研究中的许多都要求在量子基态或接近量子基态的条件下制备力学系统。光晶格中囚禁离子和原子的基态冷却已经取得了显著的进展。解决边带冷却的技术是这一进展的必要条件，它允许克服多普勒冷却的固有温度限制，并需要超过原子种类跃迁速率的谐波捕获频率。最近出现的通过辐射压力的机械振荡器的腔反作用冷却遵循与多普勒型冷却被证明的类似路径，但是固有地缺乏如最近预测的获得基态冷却的能力。在这里，我们证明了第一次解决边带冷却的机械振荡器。通过泵浦光学微腔的第一下边带，其衰减率比相关机械振荡器的本征频率小20倍以上，获得了1.5MHz以上的冷却速率。运动边带的直接光谱显示运动增加过程的40倍抑制，这可以使声子占据率远低于1（<0.03）。这里所报道的解决边带冷却的基本示范应该在光机冷却实验中得到广泛的应用。除了基态冷却之外，该机制允许实现具有超过标准量子极限的精度的运动测量。
2007-09-26 quant-ph
Resolved-sideband cooling and measurement of a micromechanical oscillator close to the quantum limit
自量子力学诞生以来，对宏观力学振子中量子现象的观测一直是人们感兴趣的课题。这一制度的先决条件是在低声子占有率和测量灵敏度的振荡器的基态波函数的扩展的规模的机械振荡器的准备。人们普遍认为，解决这两个挑战的最有前途的方法是电子纳米机械系统。在这里，我们第一次接近量子机制与介观尺寸的机械振荡器-肉眼可辨别-和1000倍以上的最重的纳米机械振荡器使用的日期。腔光学机械学的两个关键原理对这些进展至关重要：在attometer水平上对机械位移进行光学干涉测量，以及使用测量引起的动态反向作用来实现机械自由度的解析边带激光冷却的能力。仅使用适度的低温预冷至1.65 K，制备接近其量子基态（63+-20声子）的机械振荡器。同时，读出灵敏度达到标准量子极限的5.5 ± 1.5倍。报道的实验标志着一种范式转变的方法，以量子极限的机械振荡器使用光学技术，并代表了第一步进入一个新时代的实验研究，探讨量子性质的最有形的谐振子：机械振动。
2009-01-11 quant-ph
Optical Lattices with Micromechanical Mirrors
我们研究了一个原子云被捕获在驻波激光场的光晶格势中的实验装置，该激光场是由微膜上的逆反射产生的。膜振动本身实现了量子力学的自由度。结果表明，原子的质心模可以耦合到自由空间中的膜的振动模式，并预测当原子被激光冷却时，膜的显着的共振冷却效果。原子运动的耗散率的可控性提供了一个相当大的优势，在典型的光学腔中封闭的光学机械系统，因为它允许冷却和相干动力学制度之间的隔离。因此，膜可以保持在低温环境中，原子在真空室中保持一定距离。
2010-02-25 quant-ph
Squeezed cooling of mechanical motion beyond the resolved-sideband limit
腔光力学提供了一个独特的平台，通过跨越经典量子边界的光场控制微机械系统，为量子技术奠定坚实的基础。目前，光机械谐振器已成为发展精确控制的纳米电机，超灵敏传感器和鲁棒量子信息处理器的有希望的候选人。对于所有这些应用，关键的要求是将机械谐振器冷却到它们的量子基态。在本文中，我们提出了一种新的冷却方案，进一步冷却微机械谐振器通过噪声压缩效应。这种谐振器中的一个正交可以被挤压以在另一个“加热”正交中引起增强的波动，然后可以通过传统的光机械耦合来冷却机械运动。我们的理论分析和数值计算表明，这种挤压和冷却机制提供了一种快速的技术，深度冷却的宏观机械谐振器到一个前所未有的温度区域低于零点波动。
2017-11-16 quant-ph
Generation of motional nonlinear coherent states and their superpositions via intensity-dependent coupling of a cavity field to a micromechanical membrane
提出了一个理论方案，证明了在光学腔中无阻尼振动的微机械薄膜产生运动非线性相干态及其叠加态的可能性。该计划是基于强度依赖的耦合膜的辐射压力场。我们发现，如果腔场初始制备在Fock态，则膜的运动态可以从真空态演化到一种特殊类型的非线性相干态。通过研究膜的生成态的非经典性质，包括正交压缩和亚泊松统计，我们发现，通过改变Lamb-Dicke参数和膜的反射率，可以有效地控制这些属性。此外，该方案提供了产生各种类型的所谓的非线性多组分薛定谔催化剂的膜的可能性。我们还研究了腔场阻尼对膜运动状态的影响。
2011-04-04 quant-ph
Gain-tunable optomechanical cooling in a laser cavity
本文研究了含有光学增益介质的腔-光机系统中腔镜的光学冷却。我们发现，在阈值以上，非相干泵浦激光的光学阻尼率是非常小的。然而，在存在外部相干驱动的情况下，相对于无源腔的光学阻尼率，光学阻尼率可以显著增强。我们表明，强度的非相干泵提供了一个管道，以调整阻尼率和最低可达到的声子数与相同的辐射压力，后者可以降低从被动腔，如果热的贡献是不可忽略的。我们还表明，该系统可以经历一个过渡，从弱光机耦合制度的强光机耦合制度作为非相干泵浦强度的变化。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ground-state cooling of an magnomechanical resonator induced by magnetic damping
机械谐振器的量子操控在基础物理和量子信息处理中有着广泛的应用。其中，将力学系统冷却到其量子基态被认为是关键一步。本文提出了一种在腔式磁机械系统中实现谐振腔基态冷却的方案。该系统由微波谐振腔和铁磁小球组成，其中声子-磁振子耦合可分别通过磁致伸缩相互作用和磁偶极相互作用实现，而光子-磁振子耦合可分别通过磁致伸缩相互作用和磁偶极相互作用实现。通过对腔模的几何消去，得到了由磁振子模和机械模组成的有效哈密顿量。在实验可行的参数范围内，我们证明了磁机械谐振器的基态冷却可以通过额外的磁阻尼来实现。与光机械冷却不同，磁机械相互作用被用来实现谐振腔的冷却。进一步说明了外加磁场可以有效地控制基态冷却。
2019-06-28 quant-ph
Damping rates of the atomic velocity in Sisyphus cooling
本文从理论和实验上研究了西西弗斯冷却中原子速度的阻尼过程。测定了三维线性$\perp$线性光晶格的原子动力学温度的弛豫速率。我们发现，对于一定的势阱深度，原子温度的阻尼率与光抽运率呈线性关系。这与从布朗运动模型内的空间扩散系数计算的摩擦系数的行为不同。这种不同行为的起源是通过区分被困和旅行原子的作用来确定的。
2003-09-29 quant-ph
Domino cooling of a coupled mechanical-resonator chain via cold-damping feedback
提出了一种多米诺冷却方法，通过工作在未分辨边带区的光机械腔实现耦合机械谐振腔链的同时基态冷却。这种多米诺效应冷却通过将第一机械谐振器上的冷阻尼反馈与其他相邻机械谐振器之间的最近邻耦合相结合来实现。我们得到了这些机械谐振器的有效磁化率，噪声谱，最终平均声子数，和冷却速率的分析结果，并找到这些谐振器的最佳冷却条件。特别是，我们分析了两个机械谐振器的情况下，发现通过适当的工程无论是激光功率或反馈，对称和非对称基态冷却之间的灵活切换可以实现。这可用于制备力学系统中的对称量子态。我们还模拟了耦合的$N$ -机械谐振器链的冷却性能，并确认这些谐振器可以同时冷却到它们的量子基态在未分辨边带制度。在适当的参数条件下，机械谐振器链的冷却显示沿链的温度梯度。这项研究开辟了一条途径，量子操纵的多个机械谐振器在坏腔制度。
2021-09-06 quant-ph
Achieving the Quantum Ground State of a Mechanical Oscillator using a Bose-Einstein Condensate with Back-Action and Cold Damping feedback schemes
本文详细研究了由玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）构成的混合光机械量子器件在具有振荡端镜的高精细光学腔中接近量子基态的可能性。冷却是使用两个实验上可实现的计划：反作用冷却和冷阻尼量子反馈冷却。在这两个方案中，我们发现增加两体原子-原子相互作用会使力学振子达到其量子基态。已经观察到，反作用冷却在良好腔极限中更有效，而冷阻尼冷却方案在不良腔极限中更相关。它还表明，在冷阻尼方案中，该设备是更有效的BEC的存在下比在没有BEC。
2013-02-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
Effective damping in the Raman cooling of trapped ions
本文提出了一种处理单个三能级离子与两束激光相互作用的方法。我们的想法是应用一个酉变换，使得精确变换的哈密顿量具有三个级别之一的去耦的所有值的失谐。当考虑阻尼时，系统的演化由主方程控制，主方程通常在远失谐激光器的假设下通过绝热近似获得。为了克服这种技术的缺点，我们使用相同的酉变换来获得有效的主方程。
2003-11-26 quant-ph
Cooling and Squeezing a Microwave Cavity State with Magnons Using a Beam Splitter Interaction
本文提出两种几何结构在磁振子与二维微波腔模式间实现分束器相互作用，证明可实现超过裸谐振器阻尼速率的反作用阻尼及谐振器量子压缩。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Partial Optomechanical Refrigeration via Multimode Cold-Damping Feedback
本文对反馈作用下量子力学谐振腔热运动的部分致冷问题给出了一个完全解析的处理方法。与目标是隔离和冷却单个机械模式的标准腔光学力学相反，这里的目标是从大频率带宽内的许多振动模式中提取热能。我们考虑一个标准的冷阻尼技术，其中零差读出的腔输出场被馈送到一个反馈回路，提供了直接施加在机械谐振器上的冷却动作。分析和数值计算结果预测，低最终occupancy是独立的反馈所解决的模式的数量，只要冷却速率小于模间的频率分离。对于谐振器表现出几个几乎退化的模式对冷却是不太有效的，并获得了弱依赖于模式的数量。这些缩放暗示频率分辨机械谐振器的设计，其中通过同时的冷阻尼反馈可以实现有效的制冷。
2019-12-08 physics.optics quant-ph
Optical cold damping of neutral nanoparticles near the ground state in an optical lattice
我们提出并证明了纯光学反馈冷却中性纳米粒子在光晶格的占领数为$0.85\pm0.20$。冷却力来源于在俘获激光器上产生的具有两个边带的移位光晶格的光学梯度。为了实现基态附近冷却所需的高精度位置观测，我们在$\unit[30]{kHz}$到$\unit[600]{kHz}$的频带中将激光强度噪声降低到相对功率噪声$\unit[6\times10^{-8}]{/Hz}$。我们建立了一种可重复的方法，通过放电和紫外光照射相结合，在高真空中中和纳米粒子。我们的结果形成了一个重要的基础，超冷纳米粒子的量子力学性质的调查，也是有用的中性纳米粒子的精密测量。
2022-06-21 physics.optics quant-ph
Fast feedback control of mechanical motion using circuit optomechanics
本文在电路光机电系统中实现基于测量的机械振子反馈冷却，将热噪声降至3个量子，并在无反馈时不稳定的蓝光力学边带泵浦条件下实现显著冷却。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable all-optical cold damping of levitated nanoparticles
悬浮动力学领域在控制和研究悬浮纳米颗粒的运动方面取得了重大进展。运动控制依赖于经由腔的自主反馈或经由外力的基于测量的反馈。基于测量的单个纳米颗粒的基态冷却的最近演示采用线速度反馈，也称为冷阻尼，并且需要经由外部电极在带电粒子上使用静电力。在这里，我们介绍了一种新的全光冷阻尼方案的基础上的陷阱位置的空间调制，可扩展到多个粒子。该方案依赖于使用可编程的光镊，以提供完全独立的控制陷阱频率和每个镊子的位置。我们表明，该技术冷却的质量中心运动的粒子下降到$17\,$ mK在压力为$2 \times 10^{-6}\,$毫巴，并证明其可扩展性，同时冷却两个粒子的运动。我们的工作为研究粒子之间的量子相互作用铺平了道路，实现了粒子运动的3D量子控制，而无需基于腔的冷却，电极或带电粒子，并探测悬浮光机械系统中的多体纠缠。
2022-05-09 physics.optics quant-ph
Antibunching via cooling by heating
我们研究了光子（声子）场经历线性和非线性阻尼过程的统计特性。一个有效的双光子（声子）的非线性“冷却加热”的过程中实现了从线性阻尼的光谱过滤系统中存在的热浴。这种由非相干量子热噪声驱动的冷却过程可以产生光子场的量子态。事实上，对于高温的光谱过滤热浴，亚泊松统计与强反聚束的光子（声子）领域的报道。这种由非相干热量子噪声引起的量子性的出现和控制的概念被应用于由两能级系统和谐振子或类似的光机设置组成的量子系统。我们的分析可能提供一个有前途的方向，通过非线性阻尼，可以控制与非相干热量子噪声的量子特征的制备和保护。
2022-01-04 quant-ph
Ground-state cooling of a mechanical oscillator by heating
该研究在腔光机械系统中提出并演示了一种制冷机制，通过在腔的红色机械边带附近注入强电磁噪声来诱导向下跃迁并阻断激发跃迁，成功将机械振子制备至基态，并发现当噪声带宽小于但处于腔衰减率量级时冷却效果最佳。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
A single-ion nonlinear mechanical oscillator
研究了单囚禁离子振子在非线性驱动下的稳态运动。阻尼是通过多普勒激光冷却实现的。离子的运动被发现是很好地描述的Duffing振子模型与额外的非线性阻尼项。我们展示了一个独特的能力，通过控制冷却激光器的参数调谐的线性以及非线性阻尼系数。我们的观测为研究量子-经典界面的非线性动力学以及激光冷却动力学中的机械噪声压缩开辟了一条途径。
2010-03-08 physics.atom-ph quant-ph
Optomechanical damping as the origin of sideband asymmetry
腔光学力学中的边带不对称性已被解释为粒子产生和湮灭过程，其赋予每个相应边带的振幅与'n+1'和'n'激发成比例。我们讨论了这个问题以及其他解释，如量子反作用和噪声干扰，并表明，不对称性是由于光机械阻尼所造成的探针和冷却激光器代替。
2022-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-ground state cooling in electromechanics using measurement-based feedback and Josephson parametric amplifier
本文在微波光机械系统中利用近量子极限 Josephson 行波参量放大器和测量反馈，将宏观 SiN 薄膜冷却至 1.6 个声子，并揭示多音下边带不对称受 Kerr 效应主导。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quadratic optomechanical cooling of a cavity-levitated nanosphere
我们报告冷却的质心运动的纳米粒子由于其运动和高精细腔的光场之间的纯二次耦合。由此产生的相互作用引起范德波尔非线性阻尼，这是类似于传统的参数反馈，其中腔提供无源反馈测量。我们的实验表明，像反馈冷却所产生的能量分布是强烈的非热，可以控制的非线性阻尼腔。由于二次耦合在产生深度非经典状态的拟议协议中具有突出的作用，我们的工作代表了在悬浮系统中产生这种状态的第一步。
2020-06-29 quant-ph
Millikelvin cooling of an optically trapped microsphere in vacuum
广义相对论和量子力学之间的明显冲突仍然是物理世界中未解之谜之一。根据最近的理论，这种冲突导致引力诱导的“薛定谔猫”的量子态约化，即宏观观测量的量子叠加。近年来，微机械谐振器冷却到量子基态的研究取得了很大进展。这项工作是在实验室中创造薛定谔猫的重要一步，也是研究它们被退相干破坏的重要一步。因此，对引力引起的状态还原的直接测试可能是触手可及的。然而，最近的一项分析表明，对于迄今为止报道的所有系统，量子叠加在引力态约化生效之前很久就被环境退相干破坏了。在这里，我们报告的光学捕获的玻璃微球在真空中具有高的振荡频率，和冷却的质心运动从室温到最低温度为1.5 mK。这种新的系统消除了夹持杠杆固有的物理接触，并可以允许从室温到地面状态的冷却。冷却后，光阱可以关闭，使微球在真空中自由下落。在自由落体过程中，没有光散射和其他环境退相干源，因此该系统是研究引力态约化的理想系统。在真空中冷却的光学捕获物体也可以用来寻找小尺度下的非牛顿引力，测量单个空气分子的影响，甚至产生活生物体的薛定谔猫。
2011-01-07 gr-qc quant-ph
Detuning-symmetric laser cooling of many mechanical modes with a photothermally modified cavity
本文提出利用光热改性腔和单个蓝失谐激光实现对薄膜逾100个机械模式的失谐无关冷却，并给出增强方案。
2025-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Performance and limits of feedback cooling methods for levitated oscillators: a direct comparison
冷却质心运动是悬浮光学机械系统的重要工具，但通常不清楚哪种方法可以实际达到特定实验的较低温度。我们直接比较了参数和速度反馈阻尼方法，这是广泛用于冷却的运动中的一系列陷阱的单个被困粒子。通过对相同的粒子进行实验，并使用相同的检测系统，我们证明了速度阻尼将振荡器冷却到较低的温度，并且对不完美的实验条件更具弹性。我们表明，这些结果是一致的分析限制，以及包括实验噪声的数值模拟。
2021-07-16 physics.app-ph quant-ph
Cavity cooling of a mechanical resonator in the presence of two-level-system defects
通过量子反作用力的腔冷却可以从机械谐振器提取热波动以到达量子基态。机械谐振器中的表面或体两能级系统（TLS）缺陷可以通过形变势与机械模式耦合，并对冷却过程产生显著影响。在这里，我们开发了一个理论来研究腔冷却的机械模式中存在的TLS缺陷，使用绝热消除技术。我们的结果表明，冷却过程强烈依赖于共振和阻尼率的TLS。
2011-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical laser cooling with mechanical modulations
本文从理论上研究了谐振频率和阻尼随时间变化时腔体光力学的激光冷却问题。在弱光-机耦合区，我们用绝热近似推广了激光冷却理论。我们讨论了冷却动力学的修改，并将其与在宽范围的调制频率的数值模拟进行比较。
2014-12-15 quant-ph
Optical dilution and feedback cooling of a gram-scale oscillator to 6.9 mK
我们报告使用辐射压力引起的回复力，光学弹簧效应，光学稀释的机械阻尼的1克悬浮镜，然后通过主动反馈（冷阻尼）冷却。光学稀释放宽了机械损耗对冷却的限制，使振荡器模式达到6.9 mK的最低温度，比环境温度低约40000倍。光学弹簧效应的另一个优点是它可以将退相干之前的振荡次数增加几个数量级。在本实验中，我们推断的动态寿命的状态增加了一个因素~200。
2007-10-25 quant-ph
Temperature cooling in quantum dissipation channel and the correspondimg thermal vacuum state
我们研究了光学混沌光在具有阻尼参数k的量子耗散通道中的温度冷却问题，其方法是通过引入热真空态来揭示系统与库之间的纠缠效应。导出了温度冷却公式，该公式与参数k有关，通过调节k可以控制温度。
2015-11-18 quant-ph
Quantum feedback cooling of a trapped nanoparticle by using a low-pass filter
University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所 emergent matter science 中心）
本文提出利用低通滤波器反馈控制实现受困纳米粒子的量子冷却，通过优化能量成本函数，使声子占据数低于传统方法，从而更有效地达到基态。
2026-01-10 quant-ph
Deterministic macroscopic quantum superpositions of motion via quadratic optomechanical coupling
我们提出了一个方案，准备宏观量子叠加的运动在光机械纳米或微机械振荡器二次耦合到一个内腔场。非线性光-机耦合导致机械模和腔模之间的有效简并三波混频相互作用。量子叠加是相互作用和腔耗散共同作用的结果。我们用解析和数值方法证明了依赖于初始力学状态，可以实现各种确定性的量子叠加。通过维格纳函数的负性，还详细研究了机械阻尼的影响。本方案可以在具有当前技术的各种光机系统中实现。
2013-02-28 quant-ph
A macroscopic object passively cooled into its quantum ground state of motion: beyond single-mode cooling
自然界的基本组成部分，即原子和基本粒子，是由量子力学描述的。这一基本理论是物理学家建立主要数学模型的基础[1]。今天，量子物体的独特特征导致了有前途的量子技术的出现[2，3]。然而，宏观世界显然是经典的，量子到经典交叉的本质仍然是迄今为止科学中最具挑战性的开放问题之一。在这方面，移动物体发挥了特定的作用[4，5]。过去几年的开创性实验已经开始探索微米级机械系统的量子行为，无论是通过被动冷却单个GHz模式，还是通过调整原子物理学中开发的激光冷却技术，以将特定模式冷却到远低于其周围环境的温度[6-11]。在这里，我们描述了一种非常不同的方法，将微机械系统被动冷却到500 microK，将15 MHz的基本振动模式中的平均量子数减少到仅0.3（对于高次谐波，预期值甚至更低）;挑战是仍然能够检测到运动而不明显干扰系统。通过这种方法，高次谐波和周围环境也被冷却，导致可能更长的机械相干时间，并使实验能够质疑机械波函数坍缩[12]，可能来自引力背景[13，14]和量子热力学[15]。除了平均行为，在这里，我们还报告的波动的基本振动模式的设备在平衡与低温恒温器。这些揭示了一个令人惊讶的复杂的相互作用与当地环境，并允许两个不同的热力学浴的特点进行探讨。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Finite time cooling in dispersively and dissipatively coupled optomechanics
本文研究了色散与耗散耦合的光机系统的冷却性能。提出了一种利用啁啾脉冲在有限时间内将机械谐振器冷却到其基态的方案。当腔体阻尼强度增加时，谐振腔中的声子占据将减少。此外，还研究了不同入射脉冲、不同系统耦合强度下该分散耗散耦合系统的冷却行为。我们的方案是可行的冷却谐振腔在一个广泛的参数范围内。
2014-04-29 quant-ph
Theory of phase-adaptive parametric cooling
本研究提出一种相位自适应参量冷却技术，通过检测机械正交分量并周期性调控参量调制相位，实现热能指数损耗以制备量子基态，还推导了经典与量子体系下的冷却速率和最终占据数。
2022-05-25 quant-ph
Ground-state cooling of a massive mechanical oscillator by feedback in cavity magnomechanics
将大质量力学振子的运动冷却到它的量子基态对于观察力学系统中的宏观量子效应起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个基于测量的反馈冷却协议，在腔磁力学，是能够冷却到其基态的宏观铁磁体的机械振动模式。机械模式通过色散磁致伸缩相互作用耦合到磁振子模式，并且后者进一步通过磁偶极子相互作用耦合到微波腔模式。通过测量微波腔输出场的幅度并将与输出场的幅度波动成比例的力施加到机械振荡器上来引入反馈回路。我们表明，通过适当地设计反馈增益，机械阻尼率可以显着提高，而机械频率不受影响。因此，振动模式可以在低温下在未分辨边带区域中冷却到其量子基态。该协议是专为使用铁磁材料，具有强磁致伸缩以及大的磁振子耗散腔磁力系统。
2022-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cooling a harmonic oscillator by optomechanical modification of its bath
光学机械系统显示出巨大的前景，高灵敏度的传感力和修改的机械性能，通过光。例如，类似于中性原子和俘获离子，通过辐射压力对机械运动的激光冷却可以将单个机械模式带到它们的基态。传统的光机械冷却能够将额外的阻尼通道引入机械运动，同时将其热噪声保持在相同的水平，因此，机械模式的有效温度降低。然而，温度与品质因数的比率大致保持恒定，从而阻止了使用该方法的量子传感的显著进步。在这里，我们提出了一种方法，同时减少机械谐振器上的热负荷，同时提高其品质因数。在本质上，我们使用的光学相互作用，以动态修改的主导阻尼机制，提供类似于声子带隙的optomechanically-induced效果。感兴趣的机械模式被假定为弱耦合到其热浴，但强烈耦合到第二机械模式，这是冷却的辐射压力耦合到一个红色失谐腔场。我们还确定了一个现实的光学机械设计，有可能实现这种新颖的冷却方案。
2016-08-19 quant-ph
Analytic Theory and cQED Implementation of a Two-Qubit Refrigerator: Sub-100 mK Cavity Cooling from a 4 K Bath
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, Zanjan（赞詹基础科学高等研究院）
本文提出利用内部相关原子对的泊松流来冷却微波谐振腔的理论框架，通过分析不同耦合几何结构，发现双原子配置能实现更高效的量子增强冷却，实验方案利用超导量子位实现亚100mK的腔体冷却。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Noise Interference and Back-action Cooling in Cavity Nanomechanics
我们提出了一种新的腔机电系统的理论分析，其中机械谐振器直接调制的驱动电磁腔的阻尼率kappa。我们表明，通过量子噪声的相消干涉，驱动腔可以有效地作为一个零温浴，而不管比率kappa / omega_M，其中omega_M是机械频率。因此，该方案允许将机械谐振器冷却到其基态，而不需要腔处于所谓的“良好腔”极限κ <<Ω_M。
2009-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical cooling by STIRAP-assisted energy transfer $:$ an alternative route towards the mechanical ground state
标准的光机械冷却方法理想地需要弱耦合和腔阻尼率，这使得运动边带能够被很好地解析。如果耦合太大，则边带分辨冷却是不稳定的，或者旋转波近似可能变得无效。在这项工作中，我们描述了一个协议，以冷却耦合到一个光机械腔中的驱动光学模式的机械谐振器，这也是耦合到另一个辅助光学腔中的光学模式，和两个腔的频率调制。我们表明，通过调制驱动的振幅，以及，可以执行一种类型的STIRAP转移的占领从机械模式的有损辅助光学模式，从而导致冷却的机械模式。我们展示了该协议如何在各种制度，如强耦合和未解决的边带限制，可以优于正常的光学机械边带冷却。
2020-11-04 physics.optics quant-ph
Simultaneous cooling and entanglement of mechanical modes of a micromirror in an optical cavity
最近，不同的研究小组在不同的实验配置中证明了通过失谐的光学腔模式的辐射压力对谐振器的机械模式进行激光冷却。在这里，我们考虑具有接近但不同的共振频率的第二机械模式的影响。我们表明，附近的机械共振同时冷却的腔场，提供的两个机械频率之间的差异不是太小。当该频率差变得小于二次模的有效机械阻尼时，两个冷却过程相消干涉，并且在相同机械频率的极限内抑制腔冷却。我们还表明，三重系统的稳定状态的纠缠特性主要取决于两个机械频率之间的差异。如果后者大于第二机械模式的有效阻尼，则状态显示完全的三重纠缠，并且每个机械模式与腔模式纠缠。相反，如果频率差较小，则稳态是双模可分离状态，仅当从两个机械模式中分离腔模式时才不可分离。在后一种情况下，每个机械模式与腔模式的纠缠相对于温度是非常脆弱的。
2008-03-19 quant-ph
Breaking optomechanical cooling limit by two drive fields on a membrane-in-middle system
提出了一种在两个红失谐驱动场驱动下的中间膜光学机械系统（OMS）中的机械谐振器的基态冷却的理论方案。详细描述了OMS的动力学演化过程，系统研究了系统条件对冷却效果的影响。最重要的是，发现具有两个驱动器的设置能够实现比单腔的理论冷却极限更好的冷却结果。通过适当的腔阻尼率和驱动强度的组合，甚至可以提高一个数量级的热声子数。
2019-01-27 quant-ph
Cavity-Based 3D Cooling of a Levitated Nanoparticle via Coherent Scattering
我们实验实现了真空中悬浮纳米粒子的所有三个平移运动度的腔冷却。该粒子被一个与腔无关的光镊捕获，相干散射光镊光进入蓝失谐腔模。对于周围的真空压力$10^{-5}\,{\rm mbar}$，沿腔轴的最低温度在mK制度进行观察。同时，沿着其他两个空间方向的质心（COM）运动被冷却到几百个$\rm mK$的最低温度。通过测量压力变化时的温度和阻尼率，我们发现冷却效率依赖于腔内驻波中粒子的位置。该数据和COM温度作为腔失谐和镊子功率的函数的行为与实验的理论分析是一致的。我们的方法的实验限制和机会进行了概述。
2019-04-01 physics.optics quant-ph
True and apparent motion of optomechanical resonators, with applications to feedback cooling of gravitational wave detector test masses
LIGO Laboratory, Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系LIGO实验室）
本文通过双光子形式主义分析光学机械谐振器的真实运动，探讨反馈冷却中噪声与控制的影响，提出优化的 squeezed 状态和反馈配置以降低波动。
2026-02-27 gr-qc quant-ph
Self-cooling of a movable mirror to the ground state using radiation pressure
我们证明了在一个适当失谐的腔中，利用辐射压力可以将微机械振荡器冷却到它的量子基态（自冷却）。从一个简单的理论基础上海森伯-朗之万方程，我们发现，最佳的自冷却发生在良好的腔制度，当腔的带宽小于机械频率，但仍然大于有效的机械阻尼。在这种情况下，腔内场和振动机械模式相干地交换它们的波动。我们还提出了动力学计算，显示如何访问镜的最终温度从腔反射场的波动。
2007-07-13 quant-ph
Multimode circuit optomechanics near the quantum limit
不同系统的耦合是几乎所有物理现象及其应用的基础。一个基本的例子是相互作用的谐振子，它产生了例如晶格中的声子本征模。特别重要的是由不同自由度组成的混合量子系统中的相互作用。这些组件可以在未来的量子技术中结合各自的优势。在这里，我们研究了一个混合光学机械系统具有三个自由度，由一个微波腔和两个微机械梁与紧密间隔的频率约32 MHz，没有直接的相互作用。我们记录的第一个证据，三方光机械混合，这意味着本征模式的组合，一个光子和两个声子模式。我们确定了一个不对称的暗模式具有较长的寿命。同时，我们操作的近宏观力学模式接近运动的量子基态，下降到1.8热量子，实现了反作用冷却。这些结果构成了工程纠缠运动态的重要进展。
2012-05-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Superconducting cavity-electromechanics on silicon-on-insulator
开发了涉及无水氢氟酸气相蚀刻的制造工艺，以在由绝缘体上硅晶片形成的独立式硅膜上产生高$Q$铝超导微波谐振器。使用该制造工艺，高阻抗$8.9$ GHz线圈谐振器以大参与比电容耦合到$9.7$ MHz微机械谐振器。双音微波光谱和辐射压力反作用被用来表征耦合系统中的稀释制冷机的温度下的$T_f = 11$ ~mK，产生测量的机电真空耦合率的$g_{0}/2π\approx 24.6$ ~Hz和机械谐振器$Q$ -因子的$Q_{m}=1.7\times 10^7$。微波反作用冷却的机械谐振器进行了研究，与最小的声子占据的$n_{m} \approx 16$声子被实现在升高的冰箱温度为$T_f = 211$ ~mK。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling of a Nanomechanical Resonator in the Presence of a Single Diatomic Molecule
我们提出了一个理论方案，通过驱动LC谐振腔的微波腔模耦合纳米机械谐振器到单个双原子分子。我们用Morse势描述双原子分子，并利用Fokker-Planck形式给出了相应的运动方程。得到了纳米机械谐振器的有效频率和有效阻尼的解析表达式。我们分析了双原子分子存在下纳米机械谐振器的基态冷却。结果证实，分子的存在改善了机械谐振器的冷却过程。最后，研究了分子参数对冷却机理的影响。
2015-02-28 quant-ph
Quantum noise can enhance algorithmic cooling
热浴制冷技术（Heat-Bath Chromic Cooling Techniques，HBAC）是一种用于纯化量子系统中目标元素的技术。这些方法将熵从目标元素压缩并转移到系统的辅助元素中。在理想的无噪声条件下，研究了制冷机的制冷性能。然而，现实的实现是不完美的，并且出于实际目的，应该考虑噪声。在这里，我们分析现实噪声模型下的热浴制冷技术。令人惊讶的是，我们发现，在某些情况下，噪音可以提高性能，提高热浴制冷技术的冷却极限。我们数值模拟的噪音算法冷却的两个最佳策略，合作伙伴配对，和两种排序算法。我们发现，对于这两个过程，在广义振幅阻尼噪声存在下，过程收敛，渐近纯度可以高于无噪声过程。这为提高纯度开辟了新的途径，超越了热浴算法冷却。
2021-07-15 quant-ph
Energy localization enhanced ground-state cooling of mechanical resonator from room temperature in optomechanics using a gain cavity
当增益系统与损耗系统耦合时，能量通常从增益系统流向损耗系统。本文提出了一种利用增益腔对光机系统中机械谐振腔进行基态冷却的反直觉理论。能量首先从机械谐振器流入损耗腔，然后流入增益腔，最后在那里局部化。增益腔中的能量局部化显著地提高了机械谐振器的冷却速率。此外，我们表明，非常规的光学弹簧效应，例如，可以实现机械谐振器的巨大频移和光致阻尼。它们具有预冷自由基态冷却，即，在室温下热激励的机械谐振器可以直接冷却到其基态。这种冷却方法在量子物理的基础测试中具有潜在的应用，而无需复杂的低温设置。
2017-07-10 quant-ph
