A microwave scattering spectral method to detect the nanomechanical vibrations embedded in a superconducting qubit
纳米机械谐振器作为量子力学传感探针，在各种高精度量子测量中发挥着重要作用。与先前的发射光谱探测器不同（即，NMR修改了原子发射），在本文中，我们提出了一种替代方法，即，通过探测耦合到驱动微波的量子力学探针的散射光谱，来表征嵌入在基于rf-SQUID的超导量子比特中的NMR的物理特征。结果表明，从观测到的频谱中的特定频率点，即，无论是波谷还是波峰，振动特征（即，它们是经典振动或量子力学振动），并且可以有效地确定NMR的物理参数（典型地诸如振动频率和位移）。该建议是可行的，与目前的技术，并应有助于设计所需的NMR为各种量子点的应用。
2022-10-23 quant-ph
Enhancing nanomechanical squeezing by atomic interactions in a hybrid atom-optomechanical system
在原子-光机械混合系统中，光学腔中纳米膜的机械模与远距离相互作用原子气体的光学耦合允许高度非经典的量子多体态。我们证明了气体中原子内部激发的反作用可以压缩力学模。一个Bogoliubov的方法表明，这些内部激发形成一个波动的环境中的准粒子激发的机械模式与缺口的谱密度。当机械频率接近于与内部原子跃迁的共振时，相互作用原子气体中的准粒子激发引起纳米机械压缩。有趣的是，纳米力学压缩被原子-原子相互作用增强。
2018-11-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Entangled-state generation and Bell inequality violations in nanomechanical resonators
我们从理论上研究的条件下，多模纳米机械谐振器，作为一个纯粹的机械参量振荡器，可以驱动到高度非经典状态。我们发现，当器件可以被冷却到接近基态，并且满足一定的模式匹配条件时，可以在量子纠缠态中制备出不同的谐振腔模式，这些模式利用零差正交测量违反了贝尔不等式。我们分析了这种贝尔不等式违规的参数制度，虽然实验上具有挑战性，我们相信，实现这样的国家是触手可及的。这是一个典型的量子光学实验的重新想象，通过使用代表有形机械振动的声子。
2014-02-20 quant-ph
Probing tiny motions of nanomechanical resonators: classical or quantum mechanical?
我们提出了一种光谱方法来探测纳米机械谐振器（NAMR）的微小振动，这可能会揭示经典或量子行为取决于退相干诱导环境。我们的建议是基于在超导传输线谐振器（TLR），这是{ \it间接}耦合到NAMR通过一个可控的约瑟夫森量子比特作为量子换能器的电压波动谱的检测。NAMR的经典（量子力学）振动引起量子位能级的对称（非对称）斯塔克位移，这可以通过TLR中的电压波动来测量。因此，NAMR的运动，包括它是否是量子力学的，可以通过检测TLR的电压波动谱来探测。
2006-10-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Fast quantum squeezing of a nanomechanical oscillator with an inverted potential
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出利用光学倒置势阱对室温真空光悬浮二氧化硅纳米颗粒的摆动模式进行指数加速压缩，在250纳秒内实现低于真空涨落11 dB的量子压缩，为机械运动量子压缩和量子增强传感提供新范式。
2026-09-14 quant-ph
Ground-state cooling of a nanomechanical oscillator with N spins
采用纳米机械振荡器的现代量子技术的典型特征是需要很少的机械量子激发，例如，延长特定任务的相干时间，或者设计特定的非经典状态。因此，我们致力于目前的工作，展示如何使初始热化纳米机械振荡器接近其基态。特别地，我们着重推广了D. D. B. Rao \textit{et al.}，物理学修订版Lett. \textbf{117}，077203（2016），其中机械物体可以通过条件单自旋测量被加热、挤压或冷却到接近其基态。在我们的工作中，我们研究了当$N$自旋与机械振子相互作用时的一个类似的迭代自旋力学系统。在这里，我们还发现后选择过程充当丢弃过程，即，我们通过动态地过滤其振动模式来将力学转向基态。我们表明，当考虑对称集体自旋后选择，列入$N$自旋的量子动力学结果非常有益。特别是，减少总的迭代次数，以达到基态，与一个从单自旋的情况下获得的概率的成功率。
2018-10-26 quant-ph
Strong Coupling between a Topological Qubit and a Nanomechanical Resonator
我们描述了一个方案，使一个强的拓扑量子比特和磁化纳米机械谐振器的量子化运动之间的相干耦合。这种耦合是通过在量子相位控制器下将磁性尖端阵列连接到纳米机械谐振器来实现的，该量子相位控制器相干地控制拓扑量子比特的能隙。结合单量子比特的旋转，强耦合使得拓扑和机械量子比特的混合系统上的任意幺正变换成为可能，并且可能为拓扑和光学量子比特之间的量子信息传递铺平道路。数值模拟结果表明，拓扑量子比特和机械量子比特之间的量子态传输和纠缠分布可以实现高保真度。
2013-01-19 quant-ph
Reservoir engineering of a mechanical resonator: generating a macroscopic superposition state and monitoring its decoherence
提出了一种产生纳米机械谐振器宏观叠加态的确定性方案。非经典状态是通过适当的工程耗散动力学利用二次相互作用与双色驱动的光腔模式的光机械。由此产生的驱动耗散动力学可以用于监测和测试的消相干过程影响的纳米机械谐振器在受控条件下。
2013-10-26 quant-ph
Multi-phonon interactions between nitrogen-vacancy centers and nanomechanical resonators
我们研究了由氮空位中心和机械谐振器组成的混合系统中的多声子相互作用，通过适当的边带工程模拟，我们发现增强的非线性相互作用可以主导耦合系统.作为一个例子，我们展示了机械运动的非经典态的制备和探索的量子关联的$n$ -声子与工程耗散，基于大的多声子耦合强度可达到在这种边带结构。这一工作充分利用了金刚石中缺陷中心的结构和相干性特征，为量子信息处理提供了有益的参考。
2019-08-10 quant-ph
Dynamical Backaction of Microwave Fields on a Nanomechanical Oscillator
我们测量的响应和热运动的高Q纳米机械振荡器耦合到超导微波腔中的解析边带制度，振荡器的谐振频率超过腔的线宽。微波场和机械运动之间的耦合足够强，使得辐射压力超过固有的机械阻尼。这种辐射-压力阻尼将基本机械模式冷却到稀释制冷机中低于热平衡温度的5倍，达到140量子的声子占有率。
2008-11-06 cond-mat.other quant-ph
Quantum Effects in the Mechanical Properties of Suspended Nanomechanical Systems
我们探讨的量子方面的弹性杆支持在两端和压缩。如果应变而不是应力保持不变，系统在屈曲不稳定性之外保持稳定，支持两个潜在的最小值。经典的平衡横向位移类似于Ginsburg-Landau序参量，应变起温度的作用。我们计算了作为应变函数的经典值的量子涨落。比较了硅束和碳纳米管的激发能和量子涨落幅度。
2001-04-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Damping and decoherence of a nanomechanical resonator due to a few two level systems
我们考虑一个量子模型的纳米机械弯曲梁谐振器与浴包括几个阻尼隧穿二能级系统（TLS）的相互作用。与谐振器与欧姆自由振荡器浴双线性相互作用（例如，建模箝位损耗）相比，机械谐振器阻尼是振幅相关的，而机械位置状态的量子叠加的退相干仅微弱地依赖于它们的空间分离。
2009-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling spins to nanomechanical resonators: Toward quantum spin-mechanics
自旋力学研究纳米机械谐振器中自旋系统与机械振动之间的相互作用，并探索其在量子信息处理中的潜在应用。在本教程中，我们总结了各种类型的自旋机械谐振器，并讨论了腔QED类和陷阱离子类自旋机械耦合过程。综述了利用金刚石中带负电荷的氮空位和硅空位中心实现这些工艺的方法。展望达到完整的量子制度的自旋力学，其中量子控制可以发生在单自旋和单声子的水平，讨论了强调应变耦合的缺陷中心的轨道自由度的关键作用。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Manipulation of nanomechanical resonator via shaking optical frequency
在通常的光机系统中，系统的稳定性严重限制了宏观量子效应的研究。我们研究了一个光模频率周期性振荡的普通腔光机系统。我们发现，当光振荡频率足够大时，光模的振荡可以稳定系统。这意味着即使在标准光机系统不稳定的强耦合区，我们也可以研究机械谐振器的宏观量子效应。作为例子，我们研究了机械谐振腔的基态冷却和常规不稳定区中光模与机械模之间的纠缠，结果表明，最终的平均声子数和纠缠不仅可以实现，而且可以通过光学振荡参数进行调制。我们的建议提供了一种方法来研究宏观量子效应，即使在常规的不稳定区。
2018-11-15 quant-ph
Deterministically entangling distant nitrogen-vacancy centers by a nanomechanical cantilever
我们提出了一个实用的方案，通过全局寻址确定性纠缠带负电荷的氮空位（N-V）中心在遥远的钻石使用纳米机械悬臂与磁性尖端强烈耦合到N-V电子自旋。以对称Dicke态为例，讨论了该方案在实验上的可行性和挑战性。
2009-08-27 quant-ph
Coupling trapped ions to a nanomechanical oscillator
本文实现了一种将金属纳米线与激光冷却囚禁离子耦合的混合系统，展示了共振与非共振耦合及离子相干运动激发，为离子-机械混合量子系统和双向协同冷却开辟了新途径。
2023-12-01 physics.atom-ph quant-ph
State preparation and tomography of a nanomechanical resonator with fast light pulses
脉冲光机械测量能够实现压缩、非经典状态创建和无反作用感测。我们展示了一个低温纳米机械谐振器的脉冲测量与记录精度接近量子制度。我们用这些来制备热压缩和纯化的条件力学状态，并进行全状态断层扫描。这些演示利用纳米光子腔中的大光子-声子耦合，以达到9倍于机械零点振幅$x_\mathrm{zpf}$的单脉冲不精确度。我们研究了其他机械模式的影响，限制条件状态宽度为58 $x_\mathrm{zpf}$，并显示如何退相干导致的状态增长的时间。
2018-12-23 physics.optics quant-ph
Near-field cavity optomechanics with nanomechanical oscillators
腔增强的辐射压力之间的光学和机械自由度的耦合允许量子限制的位置测量，并引起动态反作用，使放大和冷却的机械运动。在这里，我们展示了纯粹的色散耦合的高Q纳米机械振荡器的超高精细度光学微谐振器通过其倏逝场，扩展腔光学机械纳米机械振荡器。动态的反作用介导的光偶极力的观察，导致激光般的相干nanomechanical振荡仅仅是由于辐射压力。此外，实现了亚fm/Hz^（1/2）位移灵敏度，测量不精确度等于标准量子极限（SQL），这与纳米机械振荡器的零点波动一致。在SQL和纳米机械振荡器的辐射压力动态反作用的不精确性的实现可能不仅对检测机械系统中的量子现象有影响，而且对各种其他精密实验也有影响。由于近场耦合方法的灵活性，它可以很容易地扩展到一组不同的纳米机械振荡器，特别是提供了一条路线的实验辐射压力量子反作用在室温下占主导地位，使有质动力压缩或QND测量。
2009-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical oscillator to the zero-point energy
在良好分辨的边带制度的光机腔是理想的适合于无数的量子现象的研究与力学系统，包括反作用规避测量，机械压缩，和非经典状态的产生。对于这些实验，机械振荡器应准备在其基态;剩余运动超过零点运动必须可以忽略不计。机械运动的必要冷却可以通过选择性地驱动反斯托克斯光机械转变使用腔中的光的辐射压力来实现。然而，迄今为止，激光吸收加热的光学系统远远进入解析边带制度，禁止强驱动。对于深层的地面状态冷却，以前的研究，因此采取被动冷却稀释制冷机。在这里，我们采用了高度侧边分辨硅光机械晶体在$^3$他缓冲气体环境中的$\sim 2\text{K}$演示激光边带冷却到平均热占用的$0.09_{-0.01}^{+0.02}$量子（自校准使用运动边带不对称性），这是$-7.4\text{dB}$的振荡器的零点能量，并对应于92%的基态概率。通过激光冷却实现如此低的占有率，为光学领域的广泛量子光学力学实验打开了大门。
2019-12-25 quant-ph
Resolving the energy levels of a nanomechanical oscillator
描述机械振子经典运动的相干态没有明确的能量，而是等间距能量本征态的量子叠加。要揭示这种量子化的结构，只有用一种测量机械能的仪器才有可能，这种仪器的精度要大于单个声子$\hbarω_\text{m}$的能量。实现这种灵敏度的一种方法是在振荡器和原子之间设计一种强但非共振的相互作用。在一个具有足够量子相干性的系统中，这种相互作用允许人们通过原子跃迁频率的可分辨差异来区分不同的声子数状态。这种色散测量已经在腔和电路量子电动力学中进行了研究，其中使用真实和人造原子的实验已经解决了腔的光子数状态。在这里，我们报告了一个实验，其中人工原子感测驱动纳米机械振荡器的运动能量，具有足够的灵敏度来解决其能量的量化。为了实现这一点，我们建立了一个混合平台，将纳米机械压电谐振器与微波超导量子位集成在同一芯片上。我们用不同振幅的共振脉冲激发声子，并探测量子比特的激发谱，以观察声子数依赖的频率偏移比量子比特线宽大$\approx 5$倍。我们的结果展示了一个完全集成的量子声学平台，它结合了大耦合，相当大的相干时间和对机械模式结构的出色控制。通过适度的实验改进，我们预计我们的方法将使声子的量子非破坏测量成为实验现实，从而为使用芯片级纳米机械设备的新量子传感器和信息处理方法开辟道路。
2019-02-13 quant-ph
Proposal for Composite Quantum Electromagnetically Induced Transparency Heat Engine Coupled by a Nanomechanical Mirror
本文提出一种由超冷原子气体与纳米机械镜耦合的量子热机模型，通过镜面振动产生光机械边带影响输出，并设计了三种配置，发现振动会降低三能级热机亮度但复合热机略有增强，且偏离理想热机特性。
2024-07-21 quant-ph
Measurement of the quantum zero-point motion of a nanomechanical resonator
我们提出了一个介观机械振荡器冷却到其量子基态附近的光学边带光谱测量。对应于图案化硅纳米梁的3.99GHz声学模式的机械振荡器经由辐射压力耦合到一对共定位的200THz光学模式。机械模式被冷却到接近其量子基态从浴温度为18 K，使用辐射压力反作用源于光腔共振之一的光泵浦。与第二光学腔共振共振的光学探测光束用于测量机械运动并确定机械模式的声子占据。探测光束的上转换和下转换光子之间的不对称性的测量直接产生与机械振荡器的量子零点运动相关联的位移噪声功率，并且提供机械模式的平均声子占用的绝对校准。
2011-08-23 physics.optics quant-ph
A frustrated nanomechanical device powered by the lateral Casimir force
利用横向Casimir力引起的波纹表面间的耦合，提出了一种由两个齿条和一个小齿轮组成的纳米级机械装置。相互作用的非接触性质允许通过选择两个齿条沿相同方向移动并迫使小齿轮在两个相反方向之间选择来使系统受挫。这导致丰富和敏感的相位行为，这使得该器件可能用作机械{ \em传感器}或{ \em放大器}。该器件还可用于产生频率可调的机械{ \em时钟}信号。
2008-02-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Nondemolition Measurement of Discrete Fock States of a Nanomechanical Resonator
本文从理论上研究了一种集成纳米机械谐振器和LC谐振器的射频超导干涉装置。通过应用绝热和旋转波近似，我们得到一个有效的哈密顿量，管理的机械和LC谐振器的动力学。该哈密顿量中的非线性项可用于对纳米机械谐振器的Fock态进行量子非破坏测量。我们解决的实验实施的可行性，并表明，非线性耦合可以足够强，允许检测离散的机械Fock状态。
2007-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Bose-Einstein condensate coupled to a nanomechanical resonator on an atom chip
本文从理论上研究了玻色-爱因斯坦凝聚态原子与纳米磁悬臂梁的耦合。这是一个实验上可行的混合量子系统，它允许人们探索量子光学和凝聚态物理的接口。我们提出了一个实验，容易检测到的原子自旋翻转引起的悬臂梁运动。这可以用来探测带有原子的悬臂的热振荡。在低的悬臂梁温度下，在最近的实验中实现的原子到悬臂梁上的反作用是显着的，该系统代表了腔量子电动力学的机械模拟。高但现实的悬臂梁品质因数，强耦合制度可以达到，无论是与单个原子或集体与玻色-爱因斯坦凝聚体。我们讨论一个原子芯片上的实现。
2007-10-04 quant-ph
Chip-scale superconducting quantum gravimeter combining a SQUID, a transmon, and a nanomechanical resonator
Qatar Center for Quantum Computing, College of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University（卡塔尔量子计算中心，科学与工程学院，哈马德·本·哈利法大学）；Department of Physics, National Institute of Technology Srinagar（物理系，斯利那加国家技术学院）
本文提出一种芯片级超导重力仪，利用可调磁通transmon量子比特与高Q值纳米机械梁耦合，通过SQUID磁通调制量子比特频率，实现高带宽重力测量。
2026-05-01 quant-ph
Nanomechanical Analog of a Laser: Amplification of Mechanical Oscillations by Stimulated Zeeman Transitions
我们提出了一个磁力装置，表现出许多性质的激光器。该装置由纳米悬臂梁和在强外部磁场中的固体样品的动态极化顺磁核形成。相应的量子振子和有效的二能级系统通过悬臂梁尖端上的永磁体和自旋的磁矩之间的静磁偶极-偶极相互作用耦合，使得整个系统有效地由Jaynes-Cummings模型描述。我们考虑了在这个系统中观察瞬态和连续激光的可能性，并展示了如何使用这些过程来提高磁共振力显微镜的灵敏度。
2003-07-03 cond-mat quant-ph
Ultra-coherent nanomechanical resonators based on inverse design
具有超低耗散的工程微机械和纳米机械谐振器构成了从磁共振力显微镜等高精度传感到不同量子系统之间的量子转换等应用的理想系统。传统上，谐振器性能的改善-通常由其Qf乘积（其中Q是品质因数，f是频率）量化-通过纳米机械工程（例如耗散稀释和应变工程），由人类直觉和洞察力驱动。这种方法效率低下，并且留下了大量未开发的机械设计，这些设计可能会实现更好的性能。在这里，我们使用一种计算机辅助的逆设计方法，称为拓扑优化结构设计的机械谐振器的基本机械模式的最佳性能。使用这种方法的结果，我们制造和表征超相干纳米机械谐振器具有创纪录的高Qf产品，进入量子相干制度，在室温下观察到相干振荡。对描述机械系统的模型的进一步改进可能会进一步提高Qf乘积。所提出的方法-也可用于改善声子晶体和耦合模谐振器-为设计用于尖端技术的超相干微米和纳米机械谐振器开辟了一个新的范例，例如基础物理学中的新颖实验。（例如寻找暗物质和引力的量子性质）和对磁场的极端感测，电场和质量在室温下具有前所未有的灵敏度。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Nanomechanical sensor resolving impulsive forces below its zero-point fluctuations
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Università di Padova（帕多瓦大学）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；TU Delft（代尔夫特理工大学）
该研究利用光学悬浮纳米颗粒，通过相干放大扰动，实现了分辨低于零点波动的冲击力，展示了单个冲击力的高灵敏度测量。
2026-01-27 quant-ph
Magnetic-field-mediated coupling and control in hybrid atomic-nanomechanical systems
磁耦合混合量子系统通过朗道-齐纳跃迁实现鲁棒的量子态控制。在这里，我们表明，耦合到一个纳米机械谐振器通过振荡磁场的超冷原子样品可以用来冷却谐振器的机械运动，测量机械温度，并使这些介观物体的纠缠。我们计算预期的耦合永磁体和电流传导nanostring谐振器，并描述如何实现这种杂交使用最近开发的制造技术，包括SiN nanostring和原子芯片。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Semiclassical dynamics of a flux qubit coupled to a nanomechanical oscillator
我们提出了一个理论描述的半经典动力学的超导磁通量子比特感应耦合到纳米机械振荡器。聚焦于量子比特对机械元件的影响，以及该器件所显示的非线性现象，我们表明它具有延迟效应和自激振荡。这些可以被利用来产生机械振荡器的非经典态。此外，我们还发现该系统与腔光学机械系统具有一些共同的基本性质，并阐明了这两类器件之间的相似性。
2014-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nanomechanical manipulation of superconducting charge-qubit quantum networks
提出一种基于AC Josephson效应的纳米机电装置，通过电态与机械态的量子纠缠实现超导电荷量子比特间的量子信息传输与网络操控。
2023-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-level system as topological actuator for nanomechanical modes
从理论上研究了两个准生力学模通过开放量子二能级系统耦合的动力学行为。平均场的方法表明，通过工程的延迟响应的两个级别的系统与相干驱动器，非厄米力学谱表现出一个特殊的简并点，两个模式合并。我们表明，这种简并可以利用操纵的机械振荡的矢量极化。我们发现，示意性地改变失谐和强度的驱动诱导旋转的机械偏振，这使得拓扑和手性驱动的一个模式从其他。这种简并性的拓扑表现得到了量子跳跃蒙特卡罗模拟的进一步支持，以解释由于二能级系统的自发发射而引起的强量子涨落。我们的演讲集中在一个有前途的实现的基础上的弯曲模式的碳纳米管悬臂耦合到单分子电偶极子的激光照射。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Deviation from the normal mode expansion in a coupled graphene-nanomechanical system
我们光机械测量的纳米机械系统的振动由石墨烯膜悬浮在氮化硅纳米谐振器。当探测耦合纳米机械器件的热噪声时，我们观察到与正常模式展开的显著偏差。它起源于耦合本征模的空间延伸上的机械耗散的异质性，这违反了采用这种常用的纳米谐振器的热噪声描述的基本先决条件之一。随后，我们测量局部机械磁化率，并证明波动耗散定理仍然成立，并允许适当的评估的纳米机械系统的热噪声。由于在纳米级确保良好的空间均匀性自然变得微妙，因此这种方法对于正确描述最终影响其传感能力的纳米机械系统的热噪声至关重要。
2016-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Probing the quantum coherence of a nanomechanical resonator using a superconducting qubit: I. Echo scheme
我们提出了一个方案，其中的量子相干性的纳米机械谐振器可以探测使用超导量子比特。我们考虑一个机械谐振器耦合到一个库珀对盒的电容，并假设超导量子比特被调谐到简并点，使其相干时间最大化，机电耦合可以近似为色散哈密顿量。当量子比特以状态叠加的方式制备时，这将驱动机械谐振器逐渐进入叠加状态，这反过来导致量子比特的明显退相干。将合适的控制脉冲施加到量子位允许其布居被反转，从而导致谐振器动力学的反转。然而，谐振器与其环境的相互作用意味着动态不完全可逆。我们表明，这种不可逆性在很大程度上是由于退相干的机械谐振器，可以推断出从适当的测量单独的量子位。使用估计所涉及的参数的基础上的一个具体实现的系统，我们表明，它应该是可能的，以现有的设备技术进行此计划。
2008-04-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Nanomechanical read-out of a single spin
悬浮的碳纳米管中单个电子的自旋可以通过其与纳米管的纳米机械运动的耦合来读出。为了证明这一点，我们考虑一个单电子被限制在一个量子点形成的悬浮碳纳米管。自旋-轨道相互作用引起自旋与纳米管悬浮部分的弯曲模式之一之间的耦合。我们使用Jaynes-Cummings模型计算系统对机械运动的脉冲外部驱动的响应。为了解释共振器阻尼，我们求解了量子主方程，其参数与最近实验中使用的参数相当，并展示了如何通过测量其机械运动来获得系统的自旋状态的信息。后者可以通过观察通过附近的电荷检测器的电流来检测。
2012-12-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical circuits for nanomechanical continuous variable quantum state processing
我们提出并分析了一种纳米机械架构，其中光用于在一组许多振动模式上执行线性量子操作。适当的振幅调制的单个激光束被示出产生压缩，纠缠，和状态之间的转移模式，根据其机械振荡频率被选择。目前基于光子晶体的光机器件为实现这一方案提供了平台。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Temperature dependence of a nanomechanical switch
研究了温度对非线性纳米机械梁开关特性的影响。在MHz范围内的频率，我们发现，它是可以控制地改变系统的状态之间的两个稳定的机械状态所定义的滞后所带来的非线性激励。我们发现，引入增加的温度会导致开关保真度的损失，并且温度作为系统动态的外部噪声的有效来源。
2005-03-10 cond-mat.other quant-ph
Dissipative Optomechanics in High-Frequency Nanomechanical Resonators
本研究首次实现边带分辨区间的高频耗散光力学系统，验证其对光谱的重塑作用，实现机械频率与耦合速率的大幅提升，为量子态传输等应用提供支撑。
2023-09-01 physics.optics quant-ph
Nonlinearity and nonclassicality in a nanomechanical resonator
定量地讨论了机械谐振器的非线性与其基态非经典性之间的关系。特别是，我们分析了非线性Duffing振荡器（被驱动或不）的非经典特性作为一个范例的非线性纳米机械谐振器。我们首先讨论如何量化这个系统的非线性，然后表明，非经典的基态，所占的体积由负的一部分的维格纳函数，单调增加的非线性在我们的研究中解决的所有工作制度。我们的研究结果定量地表明，非线性是一个资源，创造非经典状态的力学系统。
2015-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Probing the quantum coherence of a nanomechanical resonator using a superconducting qubit II: Implementation
我们描述了一种可能的实现方式的纳米力学量子叠加生成和检测方案中描述的前面，同伴论文[Armour AD和Blencowe M P 2008新。J. Phys.该实施方案是基于电路量子电动力学（QED）的设置，与额外的机械自由度形成了一个悬浮的，双钳位段的超导回路的直流SQUID位于直接相对的中心导体的共面波导（CPW）。讨论了两种基于SQUID的量子比特实现的相对优点，特别是电容耦合电荷量子比特和电感耦合通量量子比特。结果发现，这两种实现是同样有前途的，具有可比的量子位机械谐振器模式以及量子位微波谐振器模式耦合强度。
2008-04-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Engineering phonon leakage in nanomechanical resonators
我们提出并实验证明了一种技术耦合声子的光学机械晶体腔。通过设计一个破坏弹性结构对称性的扰动，我们选择性地诱导声子泄漏而不影响光学性质。它是通过低温测量实验表明，拟议的腔扰动引起的损失的声子到机械波在硅表面上，而离开光子寿命不受影响。这表明，声子泄漏可以在片上光机系统中设计。我们通过实验观察到泄漏率的大波动，我们归因于制造混乱，并使用模拟验证这一点。我们的技术开辟了利用引导机械波连接量子系统的更复杂的片上声子网络工程的道路。
2017-05-22 physics.optics quant-ph
Noncontact friction in ultracoherent nanomechanical resonators near dielectric materials
本文发现超相干纳米机械谐振器在靠近介电材料时，会因谐振器携带静电荷运动引发介电损耗而产生非接触摩擦，导致机械相干性下降，揭示了系统集成中的关键限制。
2025-09-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical resonator mode to its quantum ground state
我们表明，它是可能的冷却纳米机械谐振器模式到其基态。所提出的技术是基于嵌入的量子点的声子边带的共振激光激发。边带耦合的强度直接由量子点光学跃迁的初态和终态的电子-声子耦合之间的差异决定。我们所描述的技术的可能应用包括产生非经典状态的机械运动。
2003-06-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-coherent nanomechanical resonators via soft clamping and dissipation dilution
纳米机械谐振器的小质量和高相干性使其成为最终的力探针，其应用范围从生物传感和磁共振力显微镜到量子光学力学。在这些实验中，一个臭名昭著的挑战是与通过内部或外部损耗通道耗散有关的热机械噪声。在这里，我们介绍了一种新的方法来定义纳米机械模式，它同时提供了强大的空间限制，从基板的完全隔离，和稀释的谐振器材料的固有耗散的五个数量级。它是基于一个声子带隙结构，本地化的模式，而不施加一个刚性钳的边界条件。高度张紧的氮化硅谐振器中的减小的曲率使得能够在$ 1 \,\mathrm{MHz}$下实现机械$Q>10^{8}$，从而产生在室温下尚未报道的最高机械$Qf$ -产物（$>10^{14}\,\mathrm{Hz}$）。相应的相干时间接近那些光学捕获的电介质粒子。外推到$4{.}2$ Kelvin预测了$\sim$量子/ms加热速率，类似于捕获的离子。
2016-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Phonon antibunching effect in coupled nonlinear micro/nanomechanical resonator at finite temperature
在这项研究中，我们研究了耦合非线性微/纳机电系统（MEMS/NEMS）谐振器在有限温度下的声子反聚束效应。在弱驱动极限下，通过求解稳态Liouville-vonNeumann主方程，给出了声子反聚束的最佳条件。我们发现，在低温下，声子反聚束效应发生在弱非线性和机械耦合的制度，这是证实了解析和数值解。我们还发现，热噪声可以降低甚至破坏不同的机械耦合强度的反聚束效应。此外，从强反聚束到聚束的声子关联已被观察到的温度域。最后，我们发现，在有限温度的情况下，一个适当的强驱动将有助于保持最佳的声子相关对热噪声。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal for a nanomechanical qubit
机械振荡器已被证明在很宽的频率范围内具有非常高的品质因数。这些也耦合到各种各样的场和力，使它们成为传感器的理想选择。因此，基于机械的量子比特的实现可以为量子计算和传感提供重要的新平台。在这里，我们表明，通过耦合的弯曲模式之一的悬浮碳纳米管的双量子点定义在纳米管的电荷态，它是可能的，以诱导足够的非谐性的机械振荡器，使耦合系统可以被用作一个机械量子比特。然而，这只能在设备进入超强耦合状态时才能实现。我们讨论了非谐性出现的条件，我们表明，哈密顿量可以映射到一个非谐振子，使我们能够工作的能级结构，以及如何从量子点和力学振子的退相干是由量子比特继承。值得注意的是，由于量子点的退相预计将在耦合系统中减少几个数量级。我们概述了量子位控制，读出协议，通过将两个量子位耦合到微波腔来实现CNOT门，以及最后如何将量子位用作静态力量子传感器。
2021-08-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement-based preparation of non-Markovian and multimode mechanical states
纳米机械谐振器是未来量子技术（如量子力传感器和接口）以及宏观量子物理研究的关键工具。制备室温非经典态的能力是一个重大的挑战。在这里，我们将探讨如何使用基于测量的状态调节来实现这一目标。我们证明了有条件冷却的纳米机械谐振器，具有非马尔可夫消相干，并从理论上表明，非马尔可夫性使量子压缩显着更容易实现。我们进一步表明，集体测量的多个谐振器模式，提高状态准备的质量。这使我们能够实现集体热机械压缩，在实验中，超越了有效性的光波近似。我们的模型表明，非马尔可夫性和多模条件都可以使室温量子压缩与现有技术。总之，我们的研究结果为实现室温量子纳米机械器件及其在量子技术和基础科学中的应用铺平了道路。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thickness dependence of the mechanical properties of piezoelectric high-$Q_m$ nanomechanical resonators made from aluminium nitride
本研究表征不同厚度的张应变AlN压电薄膜，制备利用耗散稀释提升品质因子的纳米机械谐振器，发现200 nm以下厚度器件的$Q_f$乘积达$10^{12}$ Hz量级，为相关光电器件发展提供支撑。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanomechanical crystalline AlN resonators with high quality factors for quantum optoelectromechanics
本研究利用拉伸应变AlN薄膜实现高Q值纳米机械谐振器，通过耗散稀释和应变工程达到Qf乘积接近10^13 Hz，并设计triangline几何结构实现高效光耦合，为室温量子光电机械器件奠定基础。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum Information Processing with Nanomechanical Qubits
我们介绍了一种量子信息处理的方法，其中信息存储在纳米机械设备的运动自由度中。我们的方法的量子位是由两个最低能级的机械谐振器，这是调谐到强非谐适当的静电场。单量子位旋转由施加到各个谐振器的射频电压脉冲进行。两个量子位纠缠门又通过两个量子位与高精细度腔的共同光学谐振的耦合来实现。我们发现，门的结晶度超过99%，可以实现现实的实验参数。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent feedback cooling of a nanomechanical membrane with atomic spins
相干反馈使系统稳定在目标状态，而不需要测量，从而避免了测量所固有的量子反作用。在这里，我们采用光学相干反馈远程冷却纳米机械膜使用原子自旋作为控制器。直接操纵原子使我们能够从强耦合调谐到过阻尼状态。利用我们的系统提供的全相干控制，我们进行自旋膜态交换结合频闪自旋泵冷却膜在室温环境中的${T}={216}\,\mathrm{mK}$（$\bar{n}_{m} = 2.3\times 10^3$声子）在${200}\,\mathrm{μs}$。我们进一步观察和研究延迟反馈对冷却性能的影响。从低温预冷膜开始，这种方法将使机械振荡器冷却到接近其量子力学基态，并制备非经典态。
2022-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Strained crystalline nanomechanical resonators with ultralow dissipation
在应变机械谐振器中，拉伸应力和几何非线性的同时发生显著地降低了损耗。这种现象，耗散稀释，采用在镜面悬浮的引力波干涉仪和在纳米级，其中软夹持和应变工程允许极高的品质因数。然而，这些技术迄今为止仅应用于非晶材料，特别是氮化硅。晶体材料在低温下表现出显著较低的固有阻尼，这是由于在本体中不存在两级系统，如在韦伯棒和硅光机械腔中所利用的。因此，将耗散稀释工程应用于应变晶体材料可以实现极低损耗的纳米机械谐振器，这是由于降低的内部摩擦、高固有应变和高屈服强度的组合。开创性的工作尚未充分利用这一潜力。在这里，我们证明了单晶应变硅，高迁移率晶体管的材料开发，可以用来实现超低损耗的机械谐振器。我们观察到，高纵横比（$>10^5$）应变硅纳米串支持MHz的机械模式，品质因数超过$10^{10}$在7 K，10倍的改善，在氮化硅中报告的值。在7 K时，热噪声限制力灵敏度约为$45\ \mathrm{{zN}/{\sqrt{Hz}}}$ -接近碳纳米管的灵敏度-加热速率仅为每秒60量子。我们的纳米机械谐振器表现出比最原始的宏观振荡器更低的耗散，并且它们的低质量使它们特别有希望用于量子传感和转导。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A Nanomechanical Atomic Force Qubit
本文提出利用原子力实现无辅助量子比特的硅纳米机械量子比特，工作频率60 MHz，非谐性5 MHz，并展示电路量子声动力学架构，支持色散读出与多比特操作，推动量子非线性声子学发展。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
