Bistability of a slow mechanical oscillator coupled to a laser-driven two-level system
最近有人提出利用单分子光谱学来检测纳米机械谐振器的运动。对分子二能级系统与振子之间的耦合常数（g）的估计表明，它可以达到比机械共振脉动（omega_m）和二能级系统线宽（Gamma）大得多的值。同一系统的其他实验实现也在接近这种强耦合状态。本文研究了慢振子ω_m << Gamma}极限下系统的行为。我们发现，对于足够大的耦合，该系统经历了一个双稳态让人想起在光学腔耦合到机械谐振器中观察到的。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-number resolution of voltage-biased mechanical oscillators with weakly-anharmonic superconducting circuits
观察宏观物体中的量子现象，以及潜在地发现量子力学应用的基本极限，一直是现代实验物理学的中心课题。由超导电路控制的高相干和重型微机械振荡器是一个很有前途的系统。在这里，我们特别关注运动到弱非谐电路的静电耦合，即transmon量子比特。在兆赫机械振荡器耦合到一个千兆赫transmon的情况下，我们解释了在桥接大机电频率差距的困难。为了解决这个问题，我们探讨的要求，以达到声子数分辨率的兆赫transmon和机械振荡器的谐振耦合。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of ground state cooling of a mechanical oscillator using dynamical back-action
建立了辐射压力诱导动力学反作用冷却机械振子的量子理论，它类似于囚禁离子的边带冷却。我们发现，当机械振荡频率大于腔线宽时，可以得到远低于1的最终占有率。结果表明，最终的平均占有率可以直接从光输出光谱检索。
2007-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum correlations of light due to a room temperature mechanical oscillator for force metrology
通过辐射压力将激光耦合到机械振荡器导致激光束的振幅和相位正交之间的量子力学相关性的出现。这些关联形成了一个通用的非经典资源，可用于量子增强力计量学，并在强关联的限制下产生有质动力压缩。迄今为止，这种资源只在少数低温腔光学机械实验中观察到。在这里，我们证明了能够有效地解决印在与室温纳米机械振荡器相互作用的光学激光场的光机械量子相关性。在失谐零差探测器中，在远离振荡器谐振频率的频率下直接测量光场（“变分测量”），揭示了百分之几水平上的量子相关性。我们演示了如何的绝对可见性，这些相关性可用于量子增强估计的量子反作用力作用于振荡器，并提供了一个增强的相对信噪比的估计的非共振外力，即使在室温下。
2016-12-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ground state cooling of micromechanical oscillators in the unresolved sideband regime induced by a quantum well
微机械振荡器的基态冷却是腔光力学中观察量子力学效应的一个典型目标。从理论上研究了光机械腔中存在量子阱时机械振子的基态冷却。由于在量子阱存在下的模式剪裁，腔响应得到修改，并导致不对称的加热和冷却过程。这有利于冷却的机械振荡器，即使在未解决的边带制度，通过抑制斯托克斯散射。
2016-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A controllable superconducting electromechanical oscillator with a suspended membrane
我们制作了一个微型机电系统，其中超导薄膜悬浮，作为一个机械振荡器，电容耦合到超导微波谐振器。随着微波驱动功率的增加，机械振荡器的谐振频率对驱动功率的非单调依赖性已被观察到。我们还演示了机械振荡器的谐振频率的光开关。我们的实验观察定性的理解的理论模型。我们的实验为利用电磁场和/或光场控制谐振频率的机械振荡器的应用铺平了道路，例如在超量子比特-机械振荡器混合系统中的微波-光学接口和可控元件。
2019-02-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ultimate quantum bounds on mass measurements with a nano-mechanical oscillator
纳米机械谐振器具有很大的潜力，作为传感器的非常小的吸附质量，下降到原子水平和超越。在这里，我建立的基本下限的质量，可以测量与纳米机械振荡器在一个给定的量子状态的基础上的量子克拉美-拉奥界，仅限于量子力学的法律，并确定量子态，这将允许最大的灵敏度为给定的最大能量。
2012-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of bifurcation amplifiers utilizing the nonlinear dynamical response of an optically damped mechanical oscillator
我们考虑一个标准的光机械系统，其中机械振荡器通过辐射压力相互作用耦合到腔模。振荡器在其谐振频率下被相干地驱动，而腔模式在其谐振频率以下被驱动，从而提供机械振荡的光学阻尼。我们研究了在这种装置中的机械振荡器的非线性相干响应。对于大的机械振幅，我们发现，系统可以显示动力学多稳态，如果光-机协同超过一个临界值。这种分析涉及标准的光学机械阻尼的动态吸引子已知的光学机械自持振荡的理论。我们还研究了热噪声和量子噪声的影响，并估计了噪声引起的系统稳定状态之间的切换率。然后，我们考虑这个系统的应用，主要集中在它如何可以被用来作为小的机械或光学信号的检测分叉放大器。最后，我们表明，在一个相关的，但更复杂的设置具有共振光机械相互作用，可以实现相同的效果与放宽要求的机械振荡的大小。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state purity versus average phonon number for characterization of mechanical oscillators in cavity optomechanics
高斯态中的量子振子通常由平均占据数表征，平均占据数指的是非相互作用振子哈密顿量的本征态的基础。我们认为，量子态纯度是这种态的一个更合适的特征，它可以应用于任何维数的振子。对于一维振荡器，状态纯度与相对于其中振荡器的量子态是热的数态基定义的热占据数直接相关。因此，它自然地引入了一个更通用的平均占用数的定义。我们特别研究了一维和二维机械振荡器的光机械边带冷却，并推导出在量子反作用极限下可实现的最大机械态纯度的精确解析表达式。在一维振荡器的情况下，我们表明，与纯度相关的热占据数可以很好地近似的平均声子数在弱耦合制度，但这两个不同的制度的超强光机械耦合或在振荡器的共振频率是强烈重整化的情况下。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling ultracold atoms to mechanical oscillators
在这篇文章中，我们讨论和比较不同的方法来工程之间的接口超冷原子和微纳米机械振荡器。我们首先分析了一个直接的机械耦合的单个原子或离子的机械振荡器，并表明，非常不同的质量的两个系统的地方限制在这个计划中可实现的耦合常数。然后，我们讨论了几个有前途的策略，以提高耦合：集体增强通过使用大量的原子在一个光晶格在自由空间，耦合方案的基础上，高精细光学腔，和耦合到原子的内部状态。在整个手稿中，我们讨论了理论上的建议和第一次实验实施。
2011-03-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum-coherent coupling of a mechanical oscillator to an optical cavity mode
工程机械振荡器的量子控制可以通过将振荡器耦合到辅助自由度来实现，前提是能量交换的相干速率超过两个子系统中的每一个的退相干速率。我们实现了这样的量子相干耦合之间的机械和光学模式的微光机械系统。同时，机械振荡器被冷却到n = 1.7 \pm 0.1运动量子的平均占有率。脉冲光激发揭示了光场和微机械振荡器之间在时域中平均小于一个量子的能量交换。这些结果提供了一种实现机械振荡器和光场之间的有效量子接口的途径。
2011-07-19 quant-ph
Cavity-mediated coupling of mechanical oscillators limited by quantum backaction
一个复杂的量子系统可以通过简单的量子元素相互耦合来构建。例如，俘获离子或超导量子比特可以通过库仑相互作用耦合，通过虚光子的交换来介导。或者，量子物体可以通过交换实光子来耦合，特别是当在谐振器内驱动时，谐振器放大了与单个电磁模式的相互作用。然而，在这样的开放系统中，耦合信道传送量子信息或产生纠缠的能力可能受到损害。在这里，我们实现了两个空间分离的，近基态的机械振荡器之间的相位相干相互作用的驱动光学腔。我们还观察到的光耦合，这导致在相关的两个振荡器的机械波动所赋予的噪声。实现量子反作用占主导地位的制度打开了大门，许多应用腔光学力学与复杂的机械系统。因此，我们的结果说明了量子物体与光耦合的潜力和挑战。
2015-05-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
High-efficiency quantum state transfer and quantum memory using a mechanical oscillator
我们分析了一个光机系统，它可以用来有效地转移之间的光学腔和一个遥远的机械振荡器耦合到第二个光学腔的量子态。我们表明，对于一个温和的机械Q-因子，它是可能实现的传输效率$99.4\%$通过使用可调腔阻尼率和相消干涉。我们还表明，量子力学振荡器可以用作量子存储器件的效率为$96\%$采用脉冲光机械耦合。虽然机械耗散会略微降低效率，但通过设计高Q机械振荡器可以显著降低其影响。
2015-03-30 quant-ph
Optical read-out of the quantum motion of an array of atoms-based mechanical oscillators
我们创建了一个基于超冷原子的腔光学机械系统，其中准备了多达六个可区分的机械振荡器，并在其运动的基态附近进行光学检测。我们证明，可以选择性地解决一个振子的运动状态，同时将邻近振子保持在其基态附近，每个激发量子优于95%。我们还表明，我们的系统提供了纳米级的空间分辨率的每个机械元件通过光学机械成像。这种技术能够在原位，并行感测潜在的景观，相关的原子物理学和力场检测光学力学的积极研究领域的能力。
2012-10-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Engineering single-phonon number states of a mechanical oscillator via photon subtraction
介绍了一种基于光减的概率制备力学模单声子Fock态的光机方案。所产生的机械状态的质量由许多指标确认，包括声子统计和条件保真度。我们评估了机械系统温度等参数的不利影响，并采用最先进的技术解决了该方案的可行性。
2016-11-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anharmonic effects on a phonon number measurement of a quantum mesoscopic mechanical oscillator
我们概括了一个建议，用于检测单个纳机电系统（NEMS）中的单个声子跃迁，包括每个机械振荡器的固有非谐性。在该方案中，两个NEMS振荡器通过每个振荡器的振荡幅度的二次项耦合。一个NEMS振荡器被驱动和强阻尼，并成为另一个被测振荡器中声子数的换能器。我们推导出该测量方案是量子限制的条件，并找到了非谐性大小的条件。我们还推导出了由数测量引起的相位扩散反作用噪声与被测系统进入声子数本征态的局域化时间之间的关系。我们将这两个时间尺度与测量信号的强度相关联，测量信号是与读出振荡器的位置成比例的感应电流。
2004-10-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable nuclear-spin entanglement mediated by a mechanical oscillator
我们提出了一个固态混合平台的基础上植入的氮空位（NV）中心的金刚石磁耦合到一个机械振荡器的阵列。机械振荡器和NV电子自旋都充当量子总线，使我们能够在遥远的核自旋之间诱导有效的长程相互作用，放松对空间距离的要求。相干核自旋-自旋相互作用具有伊辛模型的形式，在存在机械阻尼和自旋退相的情况下，除了电子自旋的微波驱动场之外，还可以通过核自旋的脉冲动力学解耦来维持。本混合平台提供了一种可扩展的方式来制备具有长相干时间的核自旋之间的多体纠缠，并且可以应用于生成可用于通用量子计算的图态。
2018-10-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal enhancement of remote entanglement between nonidentical mechanical oscillators
由于量子纠缠在分布式量子信息处理中的潜在应用，远距离大质量机械振子之间的纠缠在量子使能器件中特别令人感兴趣。在这里，我们提出了如何在级联光机配置中实现两个空间分离的机械振荡器之间的非互惠远程纠缠，其中两个光机谐振器通过电信光纤间接耦合。我们表明，通过选择性地旋转的光机械谐振器，可以打破这个复合系统的时间反转对称性通过Sagnac效应，更令人兴奋的是，通过在每个光机械谐振器中的光运动相互作用的个人优化，增强机械振荡器之间的间接耦合。这种能力使我们能够产生和操纵远距离机械振子之间的非互易纠缠，也就是说，纠缠只能通过从一个特定的输入方向驱动系统而不是另一个来实现。此外，在两个频率失配的机械振荡器的情况下，还发现，所产生的非互易纠缠的程度是违反直觉的增强相比，它的相互对应物，这是不可达到的，否则在静态级联系统与单音驱动激光。我们的工作，这是在目前的实验能力的可行性，提供了一个诱人的新机会，探索遥远的大质量物体之间的非经典相关性，并促进了各种新兴的量子技术，从量子信息处理到量子传感。
2022-12-03 physics.optics quant-ph
Quantum-mechanics free subsystem with mechanical oscillators
量子力学为连续测量振子位置的精度设定了一个极限。在这里，我们展示了如何通过从两个物理振子构造一个有效振子来测量一个振子，而不需要测量的量子反作用。我们实现了这样一个量子力学自由子系统使用两个微机械振荡器，并显示两个集体求积的测量，同时逃避量子反作用的$8$分贝对他们两个，获得一个因素内的总噪声的两个完整的量子极限。这有利于弱力的检测以及振子非经典运动态的产生和测量。此外，我们直接验证量子纠缠的两个振荡器通过测量段量$1.4$分贝以下的可分性界限。
2021-05-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state preparation, tomography, and entanglement of mechanical oscillators
精密设计的机械振荡器可以计时、过滤信号和感知运动，使其成为当今技术领域不可或缺的一部分。这些独特的能力促使机械设备通过与工程量子线路接口而进入量子领域。将微波频率的机械共振器与超导装置结合的提议，暗示了强大的量子声学处理器的可能性。同时，在几个力学系统中的实验已经证明了量子态的控制和读出，声子数分辨率，以及声子介导的量子比特-量子比特相互作用。目前，这些声学平台缺乏能够用单个量子比特控制多个机械振荡器的量子态的处理器，以及纠错所需的机械态的快速量子非破坏测量。在这里，我们使用一个超导量子比特来控制和读出一对纳米机械谐振器的量子态。我们的设备能够进行快速量子位力学交换操作，我们使用它来确定性地操纵机械状态。通过将量子比特同时置于两个机械谐振器的强色散区，我们通过拉姆齐测量确定了谐振器的声子数分布。最后，我们提出了量子层析成像的准备非经典和纠缠的机械状态。我们的结果代表了一个具体的步骤，以反馈为基础的操作的量子声学处理器。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mechanical squeezing via fast continuous measurement
我们重新讨论了用连续线性位置测量法制备振子的量子态。相当普遍的解析表达式导出的条件状态的振荡器。值得注意的是，我们预测，量子压缩是可能的反作用占主导地位的和量子相干振荡制度之外，放宽实验要求，甚至相比基态冷却。这为产生宏观力学振子的非经典态提供了一种新的途径，也为室温下的量子传感和量子宏观性测试打开了大门。
2020-07-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ground-State Cooling of a Mechanical Oscillator via a Hybrid Electro-Optomechanical System
我们提出了一个同时耦合超导量子位和腔场的机械谐振器的基态冷却方案。系统地推导了描述混合系统动力学的哈密顿量。冷却过程由量子位上的红色失谐交流驱动器和光机械腔上的激光驱动器驱动。我们研究了单个系统在弱耦合和强耦合状态下的冷却，即，量子位辅助冷却和光机械冷却，并与有效的混合冷却进行了比较。结果表明，混合冷却是更有效的相比，单独的冷却机制，并可以适用于解决和未解决的边带制度。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multi-phonon relaxation and generation of quantum states in a nonlinear mechanical oscillator
在碳基纳米力学系统的背景下，从理论上研究了非谐振子的耗散量子动力学。在短时间的限制下，我们知道这种振子会出现宏观叠加态。在长时间极限下，单声子和多声子的耗散导致非经典态的退相干。然而，在零温度下，由于双声子损耗的结果，量子振荡器最终演变成一个非经典稳态。这种状态的弛豫由于热激发和单声子损失的数值和解析研究。验证的非经典状态的发生的可能性进行了调查和签名的量子特征所产生的环下设置。在量子纳米力学系统的背景下，验证方案的可行性进行了讨论。
2013-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Steady-state mechanical squeezing and ground-state cooling of a Duffing anharmonic oscillator in an optomechanical cavity assisted by a nonlinear medium
本文从理论上研究了由简并光参量放大器和端面移动镜组成的混合光机械系统，该系统被建模为刚性类Duffing非简谐量子力学振子。通过提供的系统参数的临界值对应于系统的稳态响应中的多稳态行为的出现的解析表达式，我们表明，硬化机械Duffing非谐性减少了多稳态区域的宽度，而光学参量非线性可以利用驱动系统的多稳态区域。我们还表明，适当的机械非谐强度值的稳态机械压缩和基态冷却的机械谐振子可以实现。此外，我们发现，非线性增益介质的存在可以导致改善的机械非谐性诱导的机械运动的冷却，以及机械压缩超过标准的量子极限3分贝。
2017-12-26 physics.optics quant-ph
Optical squeezing of a mechanical oscillator by dispersive interaction
我们考虑一个小的部分反射的振动镜色散耦合到一个高精细腔的单一光学模式。我们证明了这种排列可以用来实现机械振荡镜的量子压缩。
2008-03-08 quant-ph
Hybrid opto-mechanical systems with nitrogen-vacancy centers
在这篇综述中，我们简要概述了最近的工作混合（纳米）光机械系统，同时包含机械振荡器和金刚石氮空位（NV）中心。我们回顾两种不同类型的机械振荡器。第一种是具有固定频率的钳位机械振荡器，例如悬臂。第二种是具有内建氮空位中心的光学捕获纳米金刚石。通过将机械谐振器与电子自旋耦合，我们可以使用自旋来控制机械振荡器的运动。对于第一种设置，我们讨论了两种不同的耦合机制，即磁耦合和应变诱导耦合。总结了它们在冷却机械振子、产生NV中心之间的纠缠、压缩自旋系综等方面的应用。对于第二种装置，讨论了如何利用磁耦合产生量子叠加态，并实现物质波干涉仪。我们也将回顾其作为超灵敏质谱计的应用。最后，我们讨论了新的耦合机制和应用领域。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pulsed quantum interaction between two distant mechanical oscillators
提出了两个远距离机械振子通过光或微波介质实现脉冲量子非破坏相互作用的可行方案。该建议使用零差测量的调解人和前馈控制的机械振荡器，以达到相互作用。为了验证相互作用的量子性质，我们研究了在力学模式中产生的高斯纠缠。我们评估它的影响下的机械浴和传播损耗的调解人，并提出了优化的相互作用。最后，目前可用的光机和机电平台进行了数值分析。分析表明，以目前的技术，实施已经是可行的。
2016-12-02 quant-ph
Light-Matter Interactions: A Coupled Oscillator Description
光-物质相互作用的半经典理论描述了经典电磁场与量子力学二能级系统之间的相互作用，我们证明了量子力学二能级系统可以用两个耦合的经典谐振子系统来模拟，这两个谐振子的本征态根据耦合强度在频率上分裂，并扮演量子力学二能级系统中两个能级的角色。光场对机械系统的影响被建模为各个振荡器的弹性常数的调制。利用这个完全经典的模型，我们导出了二能级系统的布洛赫方程，并讨论了拉比振荡和相干控制实验的力学模拟
2016-04-15 physics.optics quant-ph
Probing wave function collapse models with a classically driven mechanical oscillator
研究表明，脉冲激光通过辐射压与机械振子相互作用，产生了光子数与振子位置相关的光-机纠缠态.有趣的是，当被强激光驱动时，机械振荡器可以在大范围的位置上离域。这提供了一种简单而灵敏的方法来探测假设的后量子理论，包括显式的波函数坍缩模型，如Diosi和Penrose模型。我们提出了一种纠缠见证来揭示这种光-机态的量子本质，以及一种记录机械振子退相干的光学技术。我们还报告了一个详细的可行性研究，给出了需要克服的实验挑战，以确认或排除预测明确的波函数崩溃模型。
2016-03-17 quant-ph
Proposal for Observing Nonclassicality in Highly Excited Mechanical Oscillators by Single Photon Detection
本文提出一种腔光力学态制备协议，通过相干态制备与单拉曼散射光子投影测量，使任意大相干振幅的机械振子进入非经典态，并借助拉曼边带光子统计观测其亚泊松声子分布。
2024-01-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
State Transfer Between a Mechanical Oscillator and Microwave Fields in the Quantum Regime
最近，通过直接制冷[1]或制冷和激光冷却的组合[2，3]，宏观机械振荡器已经被诱导到量子行为的状态。这个令人兴奋的结果鼓励了这样的概念，即机械振荡器可以在超导电路处理量子信息中执行有用的功能[1，4-7]，或者作为微波场短暂状态的量子存储器，或者通过在其他不兼容的系统之间提供量子接口[8，9]。到目前为止，由于不能灵活地打开和关闭微波电和机械运动之间的相互作用，微波场的巡回状态或传播模式到机械振荡器和从机械振荡器的转移还没有被证明。在这里，我们证明了一个巡回微波场的状态可以相干地转移到，存储在，并从一个机械振荡器的振幅在单量子水平检索。重要的是，捕获和恢复微波态的时间比机械振荡器的量子态寿命短。在这种量子状态下，机械振荡器既可以存储又可以再现量子信息。
2012-06-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum back-action evading measurement of collective mechanical modes
标准量子极限限制了振荡器位置测量的精度。它产生于测量的不精确性和量子反作用之间的平衡。然而，仅对振荡器的单个正交的测量可以避免反作用，并且可以以任意精度进行。在这里，我们展示了量子反作用规避测量的集体正交的两个机械振荡器，都耦合到一个共同的微波腔。该工作允许两个机械振子的量子态层析成像，并为超越传统量子极限的宏观力学纠缠和力传感提供了基础。
2016-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-atom quantum control of macroscopic mechanical oscillators
我们研究了一个由一对带电宏观力学振子耦合到一个小的里德伯原子系综组成的混合机电系统。内部原子里德伯跃迁和力学之间的共振偶极-偶极耦合允许用单个原子冷却到其运动基态，尽管两个子系统之间存在相当大的质量不平衡。我们表明，丰富的电子光谱的里德伯原子，结合其高度的光学控制，铺平了道路，实现各种量子控制协议的机械振荡器。
2013-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Position-dependent mass harmonic oscillator: classical-quantum mechanical correspondence and ordering-ambiguity
我们回收克鲁兹等人。的（Phys. Lett. A 369（2007）400）在经典和量子位置相关质量（PDM）振荡器上的工作。为了详细说明有序的模糊性，我们适当地修改了他们工作中报道的一些结果，并讨论了PDM谐振子的经典和量子力学对应。我们使用一个点正则变换，并证明了一个唯一的量子PDM振子哈密顿量（因此，一个唯一的有序模糊参数集j=l=-1/4和k=-1/2）。为了表明这样的参数集不仅仅是量子PDM振子哈密顿量的表现形式，我们考虑准自由PDM粒子在其自身PDM力场的影响下运动的经典和量子力学对应。
2013-02-22 quant-ph
Quantum amplification of mechanical oscillator motion
对自然界中最弱的力的探测和对新物理学的探索都得益于对机械振荡器运动的日益灵敏的测量。然而，对振荡器运动的可获得的知识受到量子涨落的限制，即使振荡器处于其最低可能的能量状态也存在量子涨落。在这里，我们展示了一个广泛适用的技术，用于放大相干位移的机械振荡器的初始幅度远低于这些零点波动。当在小位移之前和之后施加两个正交的"压缩"相互作用时，位移被放大，理想情况下没有增加量子噪声。我们用一个捕获离子的机械振荡器实现了这个协议，并测量到对小位移的灵敏度增加了17.5（3）分贝。
2018-12-05 physics.atom-ph quant-ph
Nonclassical energy squeezing of a macroscopic mechanical oscillator
光力学和机电学已经使得制备处于量子基态、正交压缩态和运动纠缠态的宏观机械振荡器成为可能。除了将更大、更有形的物体引入量子行为体系之外，这种新的能力还鼓励了在量子信息的处理和通信中使用机械振荡器的想法，以及作为超越标准量子极限的精密力传感器。但是，运动与光或电之间的有效线性相互作用排除了对更广泛类别的运动量子态的访问，例如猫态或能量压缩态。事实上，早期的光学机械建议指出，通过创建运动与光的强二次耦合，可以摆脱这种限制。虽然已经有二次耦合光机系统的实验演示，这些还没有访问非经典运动状态。在这里，我们通过将运动二次耦合到库珀对盒（CPB）量子比特的能级来创建非经典态。通过监测量子比特的跃迁频率，我们检测到振荡器的声子分布，而不是它的位置。通过改变振荡器和量子比特的状态的微波频率驱动，我们然后耗散地稳定振荡器在具有43的大平均声子数和大约3的亚泊松数波动的状态。在这种能量压缩态中，我们观察到二次耦合的一个显著特征：由量子比特跃迁引起的机械振荡器的反冲，非常类似于分子中的振动跃迁。
2020-08-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Group theoretical analysis of a quantum-mechanical three-dimensional quartic anharmonic oscillator
本文将群论应用于具有$O_{h}$对称性的量子力学三维四次非谐振子。结果表明，群论预测的退化的能级，并促进微扰理论和瑞利-里兹变分法的应用，以及解释的结果在对称性的解决方案。我们展示了如何获得合适的自适应基集。
2015-01-05 quant-ph
Optical bistability and cooling of a mechanical oscillator induced by radiation pressure in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机械腔谐振器中平均腔内光场所表现出的非线性行为和机械振子的基态冷却效应的影响。光学双稳可以通过调节单个驱动激光器的频率和功率以及改变原子腔中的原子-腔耦合强度来控制。在良好和不良腔限制下对机械振荡器的冷却的研究表明，即使在室温下，与通用的光学机械设置相比，混合系统在冷却方面也更有效。从本质上讲，我们的工作着重于与原子腔的耦合对光机械腔中辐射压力效应的影响。
2015-03-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Dynamic dissipative cooling of a mechanical oscillator in strong-coupling optomechanics
介观机械谐振器的冷却是腔光学力学中的主要问题。在这里，在强光机耦合制度，我们建议动态控制腔耗散，这是能够显着加快冷却过程，同时强烈抑制加热噪声。此外，动态控制能够克服量子反作用，并将冷却极限降低几个数量级。动态耗散控制提供了新的见解裁剪的光-机相互作用，并提供了探索宏观量子物理的前景。
2013-03-15 physics.optics quant-ph
A Quantum Non-demolition measurement of Fock states of mesoscopic mechanical oscillators
本文研究了利用两个弹性梁弯曲模之间的非谐耦合对介观力学振子激发能级进行量子非破坏测量的方案。两种模式之间的非线性耦合使读出振荡器的谐振频率与系统振荡器的激励成比例地偏移。当谐振驱动时，该频移可以被检测为读出振荡的相移。我们表明，在一个适当的制度，这种测量方法的系统振荡器的声子数的量子非爆破测量。由于微机械振荡器中的声子能量变得与热能相当或更大，因此可以解析每个模式内的单个声子动力学。因此，应该可以监测由系统与热库的耦合引起的Fock状态之间的跳跃。
2004-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Preparing a mechanical oscillator in non-Gaussian quantum states
提出了一种将非高斯量子态从光场相干传输到机械振子的方案。利用一种新的基于路径积分的方法研究了随机主方程不能处理的开放量子动力学和连续测量过程。我们得到了力学振子的量子态与光场的量子态之间的一个简洁的关系，该关系适用于一般的线性量子动力学。我们通过考虑大规模引力波探测器和小规模腔辅助光机械装置的情况，证明了这种协议的实验可行性。
2010-01-21 quant-ph
Phase noise and laser-cooling limits of optomechanical oscillators
激光相位涨落噪声是将纳米机械振荡器冷却到量子区的主要技术障碍。我们提出了一种冷却配置的基础上的光-机械耦合与两个腔模式，以显着降低相位噪声的$(2ω_m/γ)^2$倍，其中$ω_m$是机械模式的频率和$γ$是腔模式的衰减率。我们还讨论了当机械振荡器在量子区附近冷却时声子数的检测，并指定了这种检测所需的条件。
2009-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement of mechanical oscillators coupled to a non-equilibrium environment
最近的实验旨在通过将纳米机械谐振器耦合到非平衡环境来将其冷却到基态，以便观察量子效应，例如纠缠。这就提出了这样的环境如何影响纠缠的一般问题。在这里，我们表明，有一个最佳的耗散强度，两个耦合振子之间的纠缠最大化。我们的研究结果是建立在一个一般框架的帮助下，精确的量子朗之万方程有效的任意浴光谱，在平衡和不平衡。我们指出，为什么普遍采用的Lindblad的方法不能给即使是一个定性正确的图片。
2010-08-09 cond-mat.mes-hall 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
Entanglement of mechanical oscillators mediated by a Rydberg tweezer chain
University of Bonn（波恩大学）；Universität Tübingen（蒂宾根大学）；The University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文提出利用Rydberg原子链实现机械振荡器的纠缠，通过相干动力学生成纠缠并利用辐射衰减调制生成耗散纠缠，展示Rydberg原子链在远距离机械振荡器非经典关联中的潜力。
2025-10-09 physics.atom-ph 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
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
Quantum Feedback Cooling of a Mechanical Oscillator Using Variational Measurements:Tweaking Heisenberg's Microscope
我们重新审视的问题，准备在其量子力学基态附近的机械振荡器的振荡器位置的连续光学检测的基础上，通过反馈冷却。在与基态冷却相关的参数范围内，光学反作用和不精确噪声设置了可实现冷却的瓶颈，并且必须仔细平衡。这可以通过在零差检测中调整本地振荡器的相位来实现，从而实现所谓的变分测量。精确的位置测量和最小干扰之间的权衡可以用海森堡显微镜来理解，并且当测量和反馈过程恰好在待冷却系统的量子相干性时间内快速时变得特别相关。这对应于大量子协同性$C_{\text{q}}\gtrsim1$，这是在最近的反馈冷却实验中实现的制度。我们的方法提供了一个简单的路径，以进一步推动量子光学力学目前最先进的实验的极限。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Classical and Quantum Theory of Photothermal Cavity Cooling of a Mechanical Oscillator
光热效应允许机械自由度和光子之间非常有效的光机械耦合。在腔冷却的机械振荡器的背景下，如果量子基态的振荡器可以达到使用光热反作用的问题一直在争论，仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们解决这个问题的补充经典和量子计算。两者都使我们得出结论：第一，基态确实可以使用光热腔冷却，第二，它可以达到在一个政权的腔失谐小，允许大量的光子进入腔。
2010-11-17 quant-ph
Testing spontaneous wave-function collapse models on classical mechanical oscillators
我们表明，自发波函数坍缩模型的加热效应意味着一个实验上显着的增量$ΔT$的平衡温度的机械振荡器。所得到的形式$ΔT$与振子的弛豫时间$τ$成线性关系，且与质量无关。振荡器可以处于经典热态，对于宽范围的频率和品质因数，效应$ΔT$是经典的。我们注意到，$ΔT$的测试不需要量子态监测，但层析成像。在引力相关（DP）和连续自发局域化（CSL）模型的参数范围的强效应边缘可以在经典振子的现有实验的挑战。对于CSL理论，所确定的最高坍缩率参数值立即受到来自当前极端慢衰荡振荡器实验的证据的约束。
2014-11-17 quant-ph
Resonant driving of a single photon emitter embedded in a mechanical oscillator
将微观机械谐振器耦合到纳米级量子系统使得能够经由量子系统控制机械谐振器，反之亦然。耦合通常通过机械谐振器的功能化来实现，但这会导致额外的质量和耗散通道。另一种选择是基于应变的固有耦合。我们在这里采用单片半导体系统。纳米尺度的量子系统是一个量子点;机械谐振器是一个微观喇叭，它同时优化了机械和光子特性。量子点跃迁是共振驱动的。通过共振荧光，我们观察到机械布朗运动，即使在4 K，并证明耦合到不同类型的机械模式。我们确定了一个机械模式的协同比大于1。我们分析表明，位移测量的海森堡极限可以达到与嵌入式两能级系统的情况下，变换有限的光发射器与完美的光子检测。我们认为，操作接近海森堡极限是可以实现的最先进的量子点设备。
2016-08-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum theory of feedback cooling of an anelastic macro-mechanical oscillator
传统的激光冷却技术，通过相干散射的内部状态或通过一个光学腔模式，迄今已被证明是低效的机械振荡器重量超过几个纳克。这是因为较大的振荡器振动的频率太小，与它们耦合到辅助模式所能达到的散射率相比。在重低频弹性悬挂振荡器中典型观察到的退相干机制也明显不同于传统激光冷却处理中所假设的。我们表明，对于一个低频滞弹性振荡器形成的机械兼容的端镜的腔，失谐的光学读出，连同测量为基础的反馈，以抑制和阻尼它，可以利用pondermotentially产生的量子关联，实现有效的冷却到运动的基态。这将为需要在纯运动状态下制备毫克级机械振荡器的实验铺平道路，例如，用于测试重力对大质量量子系统的影响。
2021-11-03 gr-qc physics.ins-det quant-ph
Stationary optomechanical entanglement between a mechanical oscillator and its measurement apparatus
我们提供了一个参数来推断光和机械振荡器之间的连续测量光的基础上静态纠缠。我们提出了一个实验上可实现的方案，涉及一个光学机械腔驱动的谐振，连续波场工作在非边带分辨制度。这对应于光机械位置或力传感器的常规配置。我们分析表明，可以推断之间的纠缠的机械振荡器和光机械腔的输出场的压缩（广义）Einstein-Podolski-Rosen求积适当的时间模式的平稳光场的测量。在大量子协同性的极限下，压缩可以达到低于散粒噪声的高达50%的噪声降低的水平。值得注意的是，纠缠甚至在小协同度的相反极限下仍然存在。将光机械器件看作位置传感器，光与机械之间的纠缠是量子测量理论预言的物-机纠缠的一个实例。
2020-08-13 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
