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
Simultaneous cooling of coupled mechanical resonators in cavity optomechanics
耦合机械谐振器的量子操控由于可以用来研究涉及多个机械模式的量子相干性效应而成为光力学中的一个重要研究课题。观察宏观力学相干性的先决条件是将机械谐振器冷却到它们的基态。在这里，我们提出了一个理论方案，通过引入光机械接口冷却两个耦合的机械谐振器。精确计算了两个机械谐振器中的最终平均声子数，结果表明，在分辨边带区和最佳驱动下，基态冷却是可以实现的。通过消除腔场在大衰减制度，我们得到的冷却极限，这表明最小可实现的声子数和参数条件下，实现最佳冷却的分析结果。最后，该计划被扩展到一个链的耦合机械谐振器的冷却。
2018-04-11 quant-ph
Cooling trapped atoms in optical resonators
我们导出了一个方程的冷却动力学的量子运动的原子被囚禁在一个外部的潜力内的光学谐振腔。这个方程具有广泛的有效性，并允许我们确定新的制度，运动可以有效地冷却到潜在的基态。我们的研究结果表明，运动是严重影响的量子关联诱导的机械耦合与谐振器，这可能会导致选择性抑制某些跃迁的适当的参数制度，从而提高冷却效率。
2007-03-20 quant-ph
Ground state cooling of a nanomechanical resonator in the weak-confinement regime via quantum interference
讨论了耦合到超导磁通量子比特的纳米机械谐振器的基态冷却。我们表明，通过诱导量子干涉取消有害的载流子激发，基态冷却成为可能，在弱约束或非解决制度。量子位被建模为λ配置中的三能级系统，并且施加驱动通量使得量子位吸收光谱表现出电磁感应透明性，从而消除不需要的载流子激发。由于我们的基于干涉的方案允许应用强冷却场，因此可以实现快速有效的冷却。
2010-07-15 quant-ph
Ground state cooling of magnomechanical resonator in PT-symmetric cavity magnomechanical system at room temperature
提出了在由损耗铁磁球和增益微波腔组成的宇称时间（PT）对称腔式磁机械系统中实现磁机械谐振腔的基态冷却。在该方案中，通过磁力相互作用可以将磁力谐振子冷却到其基态附近，并且发现PT对称系统的冷却效果远高于非PT对称系统.利用磁力噪声谱，在实验可行的参数下，研究了最终的平均声子数，发现在室温下可以直接实现磁共振腔的基态冷却。此外，我们还说明了基态冷却可以灵活地控制通过外部磁场。
2020-09-14 quant-ph
Accelerated ground-state cooling of an optomechanical resonator via shortcuts to adiabaticity
机械谐振器的基态冷却是量子光学力学中的一项重要任务，因为它是产生、操纵和应用宏观力学相干性的必要前提。在这里，我们提出了一个瞬态计划，以加速基态冷却的机械谐振器在三模环耦合光机系统通过捷径绝热（STA）。我们考虑了四种耦合协议，并计算了绝热和STA情况下机械谐振器的平均声子数的演化。我们验证了STA方法可以在更短的时间内实现机械谐振器的基态冷却。STA方法也可以推广到加速腔光机学中的其他绝热过程，因此这项工作将开辟快速光机操作的新领域。
2022-02-09 quant-ph
Cooling of Nanomechanical Resonator Based on Periodical Coupling to Cooper Pair Box
提出并研究了一种基于库珀对盒（CPB）周期耦合的纳米机械谐振器（NAMR）的主动冷却机制，该机制通过设计一系列穿过CPB的磁通量脉冲来实现。当NAMR的初始声子数不太大时，这种冷却方案有效地将声子数降低了2到3个数量级。我们的方案在理论上对各种单模玻色子系统的冷却具有普遍性。它可以具体推广到制备NAMR的非经典态。
2005-10-31 quant-ph
Simultaneous cooling by measuring one ancillary system
我们提出了一个双谐振腔系统通过投影测量辅助$V$型qutrit的错误冷却协议。通过对辅助系统的基态的重复测量，两个谐振器可以从热状态冷却到它们各自的基态。关于基于测量的冷却，第一次解析地获得优化的测量间隔$τ_{\rm opt}$，其与作为最后一轮的谐振器的平均布居的函数的集体热拉比频率$Ω_{\rm th}$成反比。在大约仅$20$优化的测量下，目标谐振器的平均数量可以减少$6$数量级。我们的同时或集体冷却协议可扩展到具有更多数量的谐振器的系统，并且对谐振器频率的波动具有鲁棒性。
2022-02-16 quant-ph
Radiative cooling of a superconducting resonator
将微波谐振器冷却到量子基态附近，这对于它们在量子机制中的操作至关重要，通常通过将设备直接制冷到几十毫开尔文来实现。然而，在需要高操作功率的量子实验中，例如微波到光学量子转换，期望在具有不可忽略的环境热激发的较高温度下操作，其中较大的冷却功率是可用的。在这封信中，我们提出了一个辐射冷却协议，准备超导微波模式附近的量子基态，尽管温暖的环境温度的谐振器。在这个概念验证实验中，通过辐射耦合到70 mK冷负载，将热锚定在1.02 K的10 GHz超导谐振器的模式占用减少到$0.44\pm0.05$。这种辐射冷却方案允许高操作功率微波实验在量子制度下工作，并为将微波量子态路由到高温开辟了可能性。
2019-10-02 quant-ph
Decoherence Suppression by Cavity Optomechanical Cooling
我们考虑一个腔光机械冷却配置组成的机械谐振器（表示为谐振器b）和电磁谐振器（表示为谐振器a），这是耦合在这样一种方式，谐振器a的有效谐振频率线性依赖于谐振器b的位移。我们研究了在这样的配置中的反反应效应是否可以有效地用于抑制退相干。为此，我们考虑的情况下，在两个相干态的叠加制备的机械谐振器和评估的退相干率。我们发现，没有显着的抑制退相干是可以实现的，当谐振器a被假定为具有线性响应。另一方面，当谐振器a表现出克尔非线性和/或非线性阻尼时，只要表征这些非线性的参数可以被调谐到接近某些指定的最佳值，则可以使退相干速率比平衡值小得多。
2011-07-14 quant-ph
Fast ground-state cooling of mechanical resonator with time-dependent optical cavities
提出了一种可行的冷却外接可控光驱的三镜腔光机系统中机械谐振腔的方案。在Born-Oppenheimer（BO）近似下，将机械谐振器和腔的动力学简化为一个含时谐振子，其有效频率可以通过光驱动场来控制。MR的快速冷却可以通过控制光学驱动器的振幅来实现。重要的是，我们进一步表明，基态冷却可以实现通过三镜腔光机系统没有解决的边带条件。
2011-04-11 quant-ph
Ultra-Efficient Cooling of Resonators: Beating Sideband Cooling with Quantum Control
冷却机械谐振器的当前技术水平是“边带”冷却的版本。在这里，我们提出了一种方法，使用相同的配置作为边带冷却--耦合谐振器冷却到第二个微波（或光学）辅助谐振器-但会冷却显着更冷。这是通过在机械谐振器的周期的量级上的时间上改变两个谐振器之间的耦合的强度来实现的。作为我们分析的一部分，我们还获得了一种快速，高保真量子信息传输谐振器之间的方法。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-particle dark state cooling of a nanomechanical resonator
研究了纳米机械谐振腔与三个耦合量子点相互作用系统的稳态冷却。得到了单电子和双电子暗态冷却到基态的一般条件。结果表明，在共振腔与单电子暗态相互作用的情况下，除非量子点不相同，否则共振腔不会冷却。只有当耦合到漏电极的量子点的能量状态与耦合到电子源电极的量子点的能量状态失谐时，稳态冷却才是可能的。失谐的影响是系统的有效缀饰态的不均匀移动，冷却和加热过程发生在不同的频率。对于两个电子注入到量子点系统的情况下，建立了一个两粒子暗态的创建与自旋反平行的电子是可能的。结果预测，在两粒子暗态下，即使相同的量子点仅在耦合注入电子的充电势能中具有不对称性，也可以实现有效的冷却。结果发现，类似于单电子暗态的情况下，非对称性导致冷却和加热过程发生在不同的频率。然而，单粒子暗态和双粒子暗态之间的一个重要区别是，冷却过程发生在明显不同的频率。这表明，谐振器可以被冷却到其基态的频率可以通过从单电子到双电子库仑阻塞过程的切换来改变。
2012-04-03 quant-ph
Mechanical effects of optical resonators on driven trapped atoms: Ground state cooling in a high finesse cavity
我们从理论上研究了光场对原子的力学效应，原子被一个外势阱捕获，它的偶极跃迁耦合到一个光学谐振腔的模式，并由激光驱动。我们推导了量子质心动力学的解析表达式，该表达式在紧外势的情况下是有效的。这个方程具有广泛的有效性，并允许一个透明的解释导致冷却的个人散射过程。我们表明，动力学是一个竞争的机械效应的腔和激光光子，这可能会相互干扰。我们专注于好腔的限制，并确定新的冷却方案，这是基于量子干涉效应，并导致有效的基态冷却实验可访问的参数制度。
2007-03-21 quant-ph
Cooling of a single atom in an optical trap inside a resonator
我们提出了详细的讨论冷却和捕获机制的原子在光阱内的光学腔，有关最近的实验。腔量子电动力学和囚禁场在空间的干涉图样使得囚禁阱可以相互区分。这为创造有效的捕获和冷却条件以及检测可能性增加了相当大的灵活性。摩擦和扩散系数计算和超越低激发极限和完整的3-D模拟Cs原子的准经典运动进行。
2001-02-13 quant-ph
Long-time correlated quantum dynamics of phonon cooling
研究了激光泵浦量子点与纳米机械振荡器耦合的光学谐振腔中振动自由度的稳态冷却动力学。声子冷却和量子点光子发射过程之间的相关性分别发生在光子激光吸收与振动声子吸收之后的光学谐振腔中的光子发射。因此，在腔模式中产生的光子的检测伴随地有助于纳米机械谐振器的声子冷却检测。
2014-05-05 quant-ph
External-level assisted cooling by measurement
处于高温热平衡态的量子谐振腔具有大的平均布居数，并且在高激发数下具有对Fock态的显著占据。通过对耦合二能级系统（量子比特）的基态的连续测量，可以使谐振器冷却。然而，我们发现，测量引起的冷却可能会变得低效的高温制度。在传统的策略之外，我们在量子比特的激发态和外部能级之间引入了强驱动。对于非零布居Fock态的谐振腔，它可以显著地拓宽冷却范围。没有任何预冷程序，我们的策略允许一个显着减少的人口超过Fock状态与高激发数，引起不确定性的基态冷却后的一系列测量。驱动诱导的快速跃迁在测量时将谐振器和辅助量子比特约束在它们的基态，然后模拟量子芝诺效应。我们的协议是适用于冷却高温磁谐振器。此外，通过对强驱动和非强驱动两种方法的插值，将其推广为一种混合冷却方案，该方案可以加速冷却过程，并增加谐振腔终态与其基态之间的重叠。
2021-12-08 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
Quantum Theory of Transmission Line Resonator-Assisted Cooling of a Micromechanical Resonator
我们提出了一个量子描述的冷却的微机械弯曲振荡器的一维传输线谐振器通过一个类似于腔辐射压力的力。机械振荡器电容耦合到传输线谐振器的中心导体。在最佳点处，微机械振荡器可以被冷却到接近基态，并且可以通过输出微波信号的零差检测来测量冷却。
2009-01-23 cond-mat.other quant-ph
Electromagnetially-induced-transparency-like ground-state cooling in a double-cavity optomechanical system
我们建议通过一个电磁感应透明（EIT）的双腔光学机械系统中的冷却机制，其中一个额外的腔耦合到标准光学机械系统中的原始一个机械谐振器接近其基态。通过选择最佳的参数，使得机械谐振器的冷却过程对应于光学涨落谱的最大值，而加热过程对应于光学涨落谱的最小值，可以使机械谐振器的最终平均声子数小于没有附加腔时的平均声子数。我们表明，机械谐振器可以冷却到接近其基态，通过这样的EIT冷却机制，即使原来解决的边带条件不满足在没有额外的腔。
2014-07-19 quant-ph
Cooling and squeezing the fluctuations of a nanomechanical beam by indirect quantum feedback control
我们研究了利用量子反馈控制纳米机械光束的冷却和压缩。在我们的模型中，纳米机械光束通过超导量子干涉器件（SQUID）耦合到传输线谐振器。从传输线谐振器的电磁场泄漏的测量使用零差检测。该测量信号然后用于设计量子反馈控制信号以驱动传输线谐振器中的电磁场。虽然控制施加在传输线谐振器上，但是该量子反馈控制信号通过感应梁谐振器耦合间接影响纳米机械梁的热运动，使得可以冷却和挤压梁的波动，使其接近标准量子极限。
2009-02-15 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
Collectivity-assisted ground state cooling of a nanomechanical resonator
我们讨论了冷却的纳米机械谐振器的机械基态耦合到一个集体系统的两个相互作用的通量量子比特。我们发现，集体至关重要地改善冷却两种机制。首先，冷却过渡通过子辐射迪克状态进行，并且这些子辐射状态的减小的线宽抑制散射和环境对最终声子数的贡献。第二，有害的载流子激发而不改变谐振器的运动被集体能量转移抑制。
2009-12-10 cond-mat.supr-con quant-ph
Cooling of a Micro-mechanical Resonator by the Back-action of Lorentz Force
采用半经典方法，我们描述了一个芯片上的冷却协议的微机械谐振器采用超导磁通量子比特。由谐振器位移的被动反作用产生的洛伦兹力可以通过向量子比特施加适当的微波驱动来冷却机械谐振器的热运动。我们表明，这种芯片上的冷却协议，具有良好的控制冷却功率和被动反作用的可调响应时间，可以是非常有效的。在适当的实验参数下，谐振腔的有效模温可以降低几个数量级。
2009-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nondeterminstic ultrafast ground state cooling of a mechanical resonator
我们提出了一种通过在辅助磁通量子比特上重复随机时间间隔测量来实现机械谐振器基态冷却的超快可行方案。我们发现，基态冷却可以实现与\emph{several}这样的测量。冷却效率几乎不依赖于任何两个连续测量之间的时间间隔。该方案对环境噪声也具有较强的鲁棒性。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pulsed Laser Cooling for Cavity-Optomechanical Resonators
一个脉冲冷却方案的光机系统，是能够在更快的速度，更短的整体冷却时间，并为更广泛的实验方案比传统的方法是可能的冷却。所提出的方案可以实现强耦合和弱耦合的光机系统在弱和高耗散腔。我们分析研究其基本的工作机制，这是基于光机械相互作用的干涉控制，我们证明了它的效率与脉冲序列，通过使用最优控制的方法获得。我们的方案接近光学机械基态的时间很短，这使得目前的实验限制得到了显着的放松。最后，这里提出的框架可以用来创建各种各样的光机械相互作用，因此提供了一个新的，现成的工具箱快速光机械量子控制。
2012-04-12 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
Frequency Conversion: Side-band cooling, state-swapping, and coherent control of mechanical resonators
边带冷却是一种潜在地允许在其基态中制备机械谐振器的技术，这对于量子技术中的未来应用是重要的。Tian最近表明，边带冷却可以通过调制纳米谐振器和超导振荡器之间的耦合来实现，这是一个频率转换过程[L。Tian，PRB 79，193407（2009）]。虽然边带冷却通常在稳态范围内处理，但有效的谐振耦合也会产生从超导体到机械谐振器的近乎完美的状态交换。我们对这个系统进行了数值模拟，研究了通过状态交换实现的基态冷却。此外，我们表明，超导振荡器可以用来控制谐振器的振幅和相位，同时冷却它，从而作为一个相干的“量子反馈控制器”。
2010-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energy-level-attraction and heating-resistant-cooling of mechanical resonators with exceptional points
研究了在人工声子规范场作用下机械谐振子的能级演化和基态冷却。可调规范相位是由多模光机系统中的$\mathcal{PT}$对称和反$\mathcal{PT}$对称机械耦合之间的相位差调节的。通过调制规范相位，透射谱呈现出非对称的Fano线形或双重光机诱导透明。此外，尽管机械耦合不断增加，特征值将崩溃，并成为退化。这种违反直觉的能量吸引，而不是反交叉，归因于$\mathcal{PT}$对称耦合和反$\mathcal{PT}$对称耦合之间的相消干涉。我们发现，能量吸引，以及伴随的例外点（EPs），可以更直观地观察到在腔输出功率谱的机械特征值对应的峰值。对于机械冷却，平均声子占据数在这些EP处变得最小。特别是，声子输运成为非互易的，甚至理想的单向在EP。最后，我们提出了一个基于非互易声子输运的耐热基态冷却，它是由规范场介导的。对于宏观机械谐振器的量子机制，大多数光机系统最终受到其固有腔或机械加热的限制。我们的工作表明，热能转移可以通过调整计量相位来阻止，这支持了一条有前途的路线来克服臭名昭著的加热限制。
2020-11-27 quant-ph
Ground state cooling of nanomechanical resonator via parametric linear coupling
我们提出了一种用于与LC振荡器线性耦合的纳米机械谐振器的基态冷却方案。线性耦合，当在红色失谐周期性调制时，将低频纳米机械模式上转换为高频LC振荡器模式，并产生反作用力，该反作用力可以将谐振器冷却到其在分辨边带区域中的基态。我们还研究了量子反作用噪声对线性耦合中的反转项所引起的冷却的影响。该方案可与原子系统的激光冷却相媲美，并可在超导电路中实现。
2008-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal ground-state cooling of multiple mechanical resonators
耦合到同一腔场模的多个简并或近简并模的同时基态冷却已成为腔光力学中的一个突出挑战。这是因为由这些机械模式形成的暗模式与腔模式解耦并且防止通过腔模式的冷却通道从暗模式提取能量。本文提出了一种通用的、可靠的暗模破缺方法，通过引入一个与相位相关的声子交换相互作用来实现两个简并或非简并力学模的同时基态冷却，并利用该相互作用形成一个环耦合组态.我们发现了两种机械模式的非对称冷却性能，并阐述了这种现象的基础上的非互易能量转移机制，这导致了两种机械模式之间的声子的定向流动。我们也推广这种方法来冷却多个机械模式。该冷却方案的物理机制具有普遍的有效性，该方法可以推广到打破物理学中的其他暗模和暗态效应。
2020-07-29 quant-ph
Supercooling of Atoms in an Optical Resonator
研究了光学腔中原子系综的激光冷却。我们表明，当原子偶极子在稳态超辐射的制度同步，原子的运动可能会受到巨大的摩擦力，导致潜在的非常低的温度。最终的温度极限由修改后的原子线宽决定，其可以比腔线宽小几个数量级。超辐射进入腔模的冷却速率增强，即使对于具有超窄线宽的偶极跃迁也允许合理的冷却速率。
2015-12-11 quant-ph
Optical-mechanical cooling of a charged resonator
边带法是将微纳器件冷却到超低温的最有效方法之一。目前，这种方法正在进行实验和理论研究。与该方法相关的理论结果对应于电磁场通过辐射压力与微或纳米谐振器相互作用的情况。显然，如果你选择一个带电的微米或纳米谐振器，相互作用将是不同的。在本文中，这种情况下被认为是，它表明，冷却将是有效的边带方法。在工作中得到的最终方程，冷却谐振器的量子数的平均值，有一个令人惊讶的简单的分析形式，这使得最完整的分析系统的研究。
2018-11-08 physics.optics quant-ph
Cooling the motion of a trapped atom with a cavity field
我们从理论上分析了原子在高精细度光学谐振腔中的冷却动力学。通过适当定制的散射过程来实现冷却，其中原子偶极跃迁将腔光子散射到谐振器外部的电磁场中，或者将受激发射执行到腔模式中，然后通过腔镜消散。我们确定的参数制度中，原子的质心运动可以冷却到基态的外部陷阱。我们预测，特别是，高cooperativities介导的原子跃迁的干扰效应可能会导致更高的效率。的动力学进行了比较与冷却动力学的被困原子内的谐振器中研究[物理评论快报。95，143001，（2005）]，其中原子而不是腔由激光场驱动。
2012-11-07 quant-ph
Laser and cavity cooling of a mechanical resonator with a Nitrogen-Vacancy center in diamond
我们从理论上分析了机械谐振器的高Q模的冷却动力学，当该结构也是一个光学腔，并与NV中心耦合。NV中心由激光驱动并与腔光子场和机械振荡器的应变场相互作用，而辐射压力耦合机械谐振器和腔场。从完整的主方程出发，我们推导出机械谐振器运动的速率方程，其系数取决于系统参数和噪声源。然后，我们确定的冷却制度，冷却速率，渐近温度，和实验相关的参数制度的共振荧光光谱。对于这些参数，我们考虑电子跃迁，其线宽允许进行边带冷却，并表明，一般不提高冷却效率的光学腔的添加。我们进一步表明，NV中心的电子跃迁的纯退相可以导致冷却效率的提高。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimizing measurement-based cooling by reinforcement learning
有条件的冷却测量持有显着的优势，其无条件（非选择性）的平均人口减少率。然而，它有一个明显的弱点，相对于有限的成功概率找到检测器在测量状态。在这项工作中，我们提出了一个优化的架构来冷却目标谐振器，这是初始化为热状态，使用插值的条件和无条件的测量策略。第一次解析地导出了无条件测量的最佳测量间隔$τ_{\rm opt}^u$，其与作为最后一轮结束时谐振器的填充的函数的集体主导Rabi频率$Ω_d$成反比。通过强化学习的全局优化下的冷却算法导致协作冷却性能的最大值，这是衡量任意测量冷却架构的综合冷却效率的指标。特别地，在仅$16$轮测量下的目标谐振器的平均布居可以以大约$30\%$的成功概率在数量上减少四个数量级。
2022-10-03 quant-ph
Cooling mechanical resonators to quantum ground state from room temperature
介观机械谐振器的基态冷却是检验量子理论和实现量子信息的基本要求。我们分析了在中间耦合制度，其中光增强的光机耦合强度是可比的腔衰减率的腔光机冷却限制。结果表明，在这一区域，强耦合和弱耦合区域的冷却都突破了极限。在腔衰减率和耦合强度的最佳条件下，解析地导出了最低冷却极限。实质上，冷却到量子基态需要$Q_{\mathrm{m}}>2.4n_{\mathrm{th}% }$，其中$Q_{\mathrm{m}}$是机械品质因数，而$n_{\mathrm{th}}$是热声子数。值得注意的是，基态冷却是可以实现的，从室温开始，当机械$Q$ -频率产品$Q_{\mathrm{m}}{ν>1.5}\times10^{13}$，腔衰减率和耦合强度超过热退相干率。我们的研究为优化介观机械谐振器的反作用冷却提供了一个总体框架。
2014-06-28 physics.optics quant-ph
Measurement-based cooling of a nonlinear mechanical resonator
我们提出了两种基于测量的方案，以冷却非线性机械谐振器的能量接近其基态。该协议依赖于自旋自由度的投影测量，其通过Jaynes-Cummings相互作用与谐振器相互作用。我们展示了这些冷却方案的性能，这些冷却方案可以是串联的-即通过重复一系列动态演化，然后进行投影测量-或单发。我们的特点与数值模拟的冷却方案的性能，并查明退相干和噪声机制的影响。由于Jaynes-Cummings模型的普遍性和实验相关性，我们认为我们的结果可以应用于各种实验设置。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Feedback cooling of a nanomechanical resonator
冷却，低损耗纳米机械谐振器提供了直接观察介观系统的量子动力学的前景。然而，现有技术需要冷却到毫开尔文状态以便观察量子效应。在这里，我们提出了一种主动反馈策略的基础上连续观察的谐振器位置的目的，获得这些低的温度。此外，我们将其应用到一个实验上可实现的配置，其中的位置监测是由一个单电子晶体管。我们的估计表明，以目前的技术，这种技术很可能使所需的低温触手可及。
2003-02-26 cond-mat quant-ph
Optomechanically-induced-transparency cooling of massive mechanical resonators to the quantum ground state
大质量机械物体的基态冷却仍然是一个困难的任务，受到未解决的机械边带的限制。我们提出了一种光机诱导透明冷却方案，在两个机械模耦合到同一个光腔模的纯光机系统中，在没有解决边带条件的情况下实现机械运动的基态冷却。我们表明，基态冷却是可以实现的边带分辨率$ω_{m}/κ$低至0.003。这为大质量宏观器件的量子操纵和高精度测量提供了新的途径。
2015-04-17 physics.optics quant-ph
Cooling a Mechanical Resonator with a Nitrogen-Vacancy Center Ensemble Using a Room Temperature Excited State Spin-Strain Interaction
我们提出了一个协议，耗散冷却室温机械谐振器使用氮空位（NV）中心合奏。自旋系综通过其轨道平均的激发态耦合到谐振器，其具有先前未表征的自旋-应变相互作用。实验证明，激发态的自旋-应变耦合比基态自旋-应变耦合强$13.5\pm0.5$倍。然后，我们从理论上表明，这种相互作用与高密度自旋系综相结合，使机械谐振器从室温冷却到其热声子占有率的一小部分。
2016-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling a charged mechanical resonator with time-dependent bias gate voltages
我们展示了一个纯电子冷却方案，通过精心调谐电极上的偏置栅极电压，将带电机械谐振器（MR）冷却到接近振动基态，该电极通过库仑相互作用耦合MR。关键的一步是基于Lewis-Riesenfeld不变量的MR的时间相关的有效本征频率的修改。关于先前提出的相关想法[Li等人，A 83，043803（2011）]，我们的方案更简单、更实用并且完全在当前技术的范围内。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling a nanomechanical resonator by a triple quantum dot
提出了一种实现纳米机械谐振器（NAMR）电容耦合到三重量子点（TQD）的基态冷却的方法。这种TQD是$Λ$构型的三能级原子的电子模拟物，它允许电子通过低能态进入它，并且只从高能态退出。通过调节TQD中两个较低能量态的简并度，电子可以被捕获在由两个隧穿路径之间的破坏性量子干涉引起的暗态中。因此，当电子从NAMR中容易且重复地吸收能量量子用于激发时，可以实现NAMR的基态冷却。
2012-05-26 cond-mat.mes-hall 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
Ground state cooling of a nanomechanical resonator via a Cooper pair box qubit
在本文中，我们提出了一个计划的基态冷却的弯曲模式的纳米机械梁纳入一个环形的库珀对盒（CPB）电路。通过洛伦兹力耦合的光束运动循环CPB电路电流，能量被转移到CPB量子比特，作为一个耗散的两个层次的系统。冷却过程由作用在CPB上的失谐栅极电压驱动器驱动。我们分析了冷却力谱，并提出了一个广泛的参数制度的冷却速率和最终占领数的解析表达式。特别是，我们发现，冷却是优化在一个强大的驱动器制度，我们提出了基态冷却的必要条件。
2008-09-18 cond-mat.other quant-ph
Bistable cooling in optomechanical system
提出了一种优化机械谐振腔失稳区光机冷却的方案。基于稳定性分析，我们揭示了光子和声子的明显的双稳态效应，即使在单光子弱耦合的情况下，也可以利用这种非线性效应实现强的非线性效应。考虑到实验的实现，我们研究了在有和没有量子非线性的情况下，边带冷却的情况。结果表明，由于反旋波效应，稳态声子的涨落可以很好地抑制在一个相当低的水平，它不需要高的腔的品质因数。我们的方案提供了一个新的视角，优化边带冷却的机械谐振器在弱耦合制度。
2017-10-31 quant-ph
Single-laser feedback cooling of optomechanical resonators
基于测量的控制已经成为制备纯量子态机械谐振器的重要技术，用于量子信息处理和量子传感。传统上，这需要两个单独的通道，一个用于探测运动，另一个作用于谐振器。在这项工作中，我们分析和实验证明了单激光反馈冷却技术，其中一个激光器用于探测和控制机械运动。我们使用的分析模型和实验表明，反馈冷却是可行的，在这种模式下，只要满足一定的稳定性要求。我们的研究结果表明，除了更实验上可行的建设，单激光反馈的干涉效应，实际上可以用来增强冷却在某些参数制度。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Radiation-pressure cooling and optomechanical instability of a micro-mirror
最近在桌面实验或引力波干涉仪的实验进展，启发了独特的位移灵敏度提供的光学干涉。当反射镜响应于辐射压力而移动时，更高的功率操作虽然对于进一步提高灵敏度至关重要，但是将增加辐射压力的量子效应，或者甚至危及为下一代干涉仪提出的失谐腔的稳定操作。这种光学机械不稳定性的出现是反射镜的运动与光场动力学之间的非线性相互作用的结果。实际上，在失谐腔中，反射镜的位移耦合到强度波动，这修改了反射镜的有效动力学。这种“光学弹簧”效应已经在具有移动壁的电磁波导的机械阻尼、特别设计的弯曲振荡器的谐振频率以及通过二氧化硅微环形谐振器的光学机械不稳定性上得到了证明。我们在这里提出了一个实验，其中的微机械谐振器被用作一个非常高的精细光学腔和它的位移监测前所未有的灵敏度的镜子。通过失谐腔，我们已经观察到了急剧冷却的微谐振腔的腔内辐射压力，下降到10 K的有效温度。我们还得到了一个有效的加热相反的失谐，观察到的辐射压力引起的谐振腔的不稳定性。进一步的实验进展和低温操作可能导致通过被动或主动冷却技术对机械谐振器的量子基态的实验观察。
2006-07-28 quant-ph
Ground state cooling in a bad cavity
研究了当激光驱动原子偶极跃迁并与光学谐振腔的模式强耦合时，光对陷入谐振势的原子的力学效应。我们调查的冷却动力学坏腔的限制，集中在有效的过渡线宽小于陷阱频率的情况下，因此，当边带冷却可以实现。我们发现，激光和腔场的力学作用之间的量子关联可以导致边带冷却效率的提高。当谐振器损耗超过自发衰减和超过表征动力学的相干过程的速率时，发现这种干涉效应。
2006-03-27 quant-ph
Dual-mode ground-state cooling in quadratic optomechanical systems: from multistability to general dark-mode suppression
Sun Yat-Sen University (Zhuhai Campus)（中山大学（珠海校区））；Shihezi University（石河子大学）；Guangdong University of Technology（广东工业大学）
研究二次光机系统中通过调节腔失谐和耦合强度实现从光学双稳态到多稳态的转变，并在非线性稳态解的动态稳定分支上实现双机械振子的同时基态冷却，同时通过二阶光机诱导频移有效抑制暗模效应。
2026-04-16 quant-ph
Double-passage ground-state cooling induced by quantum interference in the hybrid optomechanical system
我们提出了一个量子干涉冷却方案的纳米机械谐振器（NAMR）的混合光机械系统，其中原子被困在一个光机械腔，耦合到一个额外的光学腔。光机械谐振腔的吸收可以通过原子-腔耦合和腔-腔耦合引起的量子干涉效应来改变。随着量子干涉的使用，用于冷却的期望的转变被增强，以及由于不期望的转变而导致的加热抑制。结果，NAMR振动可以冷却到其基态。特别是，在原子的辅助下，我们的方案在实验上是可行的，即使对于较低质量的腔，这大大降低了实验难度。
2018-02-07 quant-ph
Cooling of mechanical motion with a two level system: the high temperature regime
我们分析了冷却的纳米机械谐振器耦合到一个耗散的固态两能级系统，专注于制度的高初始温度。我们推导出一个有效的Fokker-Planck方程的机械模式，占饱和和其他非线性效应，并允许我们研究冷却动力学的谐振器模式为任意占领数。我们发现一个退化的冷却速率，并最终在很高的初始温度下的冷却故障，并讨论这些影响对各种系统参数的依赖性。我们的结果适用于大多数固态系统，已被提出用于冷却机械谐振器，包括量子点，超导量子比特和电子自旋量子比特。
2010-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Advantages of Coherent Feedback for Cooling Quantum Oscillators
在随机控制理论的线性二次高斯模型下，我们模拟了开放式光学和光机谐振腔的光反馈冷却。我们表明，相干反馈控制方案，其中的谐振器被嵌入在一个干涉仪，以实现全光反馈，可以优于最好的可能的测量为基础的计划在量子制度的低稳态激发数。这样的性能增益是由于相干控制器的能力，同时处理非交换输出字段求积而不损失保真度，并可能提供重要线索的相干反馈方案的设计更一般的非线性和鲁棒控制问题。
2012-06-05 quant-ph
Superradiant Cooling, Trapping, and Lasing of Dipole-Interacting Clock Atoms
一个冷原子气体与反转的人口过渡耦合到一个光谐振腔的场模式构成了激光器的一般模型。对于准连续操作，需要对原子进行外部泵浦、捕获和冷却以限制它们，从而在谐振器内实现足够的增益。由于倒置原子是蓝色失谐光场中的高场搜索器，因此将腔模式调谐到原子增益跃迁的蓝色侧允许将激光发射与受激腔冷却和原子在激光场的波腹处的偶极捕获相结合。我们研究这样的配置使用半经典描述沿腔轴的粒子运动。在早期工作的延伸，我们包括自由空间原子和腔衰减以及原子偶极偶极相互作用和它们相应的力。我们表明，对于一个适当的参数选择，即使在坏腔的限制，原子可以创建一个足够强的字段内的谐振腔，使他们被捕获和冷却通过超辐射激光作用与平均不到一个光子内的腔。
2019-12-09 quant-ph
