Response of a mechanical oscillator in an optomechanical cavity driven by a finite bandwidth squeezed vacuum excitation
本文从理论上研究了有限带宽压缩真空光与相干激光场驱动的标准光机系统中可动镜的位移和动量涨落谱。考虑了由简并和非简并参量振子（DPO和NDPO）产生压缩真空的两种情况。我们发现，在有限带宽压缩真空注入情况下，这两种谱都表现出与宽带压缩激发截然不同的独特特征。特别地，对于DPO和NDPO的压缩注入，光谱分别呈现出三峰和四峰结构。此外，还发现了一些反常的光谱特征，如压缩诱导的光阱、烧孔和色散分布等，这些光谱特征对压缩参数和反射镜温度具有很高的敏感性。我们还计算了可动镜的位置和动量积分的均方涨落，并分析了输入光场的压缩参数对机械压缩的影响。结果表明，驱动压缩真空的参数影响压缩。我们发现，通过有限带宽的压缩真空注入可以实现最佳的机械压缩，并且压缩真空的强度对压缩真空的注入有影响。我们还表明，入射压缩真空的相位决定是否发生位置或动量压缩。我们提出的方案不仅提供了一个可行的实验方法来检测和表征压缩光的光机系统，而且还提出了一种方法，从光场的压缩可控转移到机械振荡器。
2016-06-14 quant-ph
Hybrid Optomechanical Cooling with Kerr Magnons and Squeezed Vacuum
Wenzhou University（温州大学）；International Quantum Academy（国际量子学院）
该研究提出基于含YIG球的混合光机械系统的冷却策略，利用克尔磁振子和压缩真空实现深度未分辨边带区的高效冷却，性能优于现有方案。
2026-08-21 quant-ph
Non-perturbative Dynamical Casimir Effect in Optomechanical Systems: Vacuum Casimir-Rabi Splittings
我们研究了动态Casimir效应使用完全量子力学描述的腔场和振荡镜。我们不线性化的动态，也不采用任何参数或微扰近似。通过数值对角化光力学哈密顿量，我们表明，共振产生的光子从真空是由一个阶梯镜场{ \em真空拉比分裂}。我们发现真空辐射可以起源于初始纯机械激发态的自由演化，类似于激发态原子的自发发射。通过考虑相干驱动的镜子，使用主方程的方法来考虑损失，我们能够研究动态Casimir效应的光机耦合强度范围从弱到超强。我们发现，即使在低于腔模频率的机械频率下，也可以观察到光子从真空中共振产生。由于实验上难以实现的高机械频率被认为是实现动态卡西米尔效应的必要条件，因此这一结果消除了观察这种长期寻求的效应的主要障碍之一。我们还发现，动态Casimir效应可以在振荡镜和它在真空场中运动产生的辐射之间产生纠缠，从而产生真空Casimir Rabi振荡。
2017-09-03 cond-mat.other physics.optics quant-ph
A phase-sensitive optomechanical amplifier for quantum noise reduction in laser interferometers
未来的引力波干涉仪的灵敏度预计将受到量子真空波动的限制，这可以通过量子非破坏方法（如压缩真空注入）来降低。然而，在读出链中的光损耗严重限制了这种方案的有效性。我们提出了一种光学机械装置安装在检测器的输出，减轻读出损失的影响，从而使检测器tobearly利用量子噪声规避计划。
2020-06-04 physics.ins-det quant-ph
Explanation of the Observed Energy Exchange through the vacuum in Optomechanics
Università di Pavia（帕维亚大学）；RIKEN（理化学研究所）；The University of Michigan（密歇根大学）
本文通过全量子模型揭示高阶光力相互作用产生声子-声子耦合，定量解释真空介导能量交换，并提出循环过程实现净功提取。
2026-09-22 quant-ph
Suppressing laser phase noise in an optomechanical system
提出了一种在不增加光机械单光子耦合强度的情况下抑制激光相位噪声的方案。在该方案中，由克尔非线性和杜芬非线性产生的参量放大项分别抑制了激光相位噪声和增强了有效的光机耦合。有趣的是，降低激光相位噪声导致增加的热噪声，这是抑制宽带压缩真空环境。为了体现该方案的优越性，我们以量子存储和稳态光机纠缠为例进行了数值模拟，相应的数值结果表明，激光相位噪声得到了极大的抑制。我们的方法可以为研究其他量子现象铺平道路。
2021-07-08 quant-ph
Quantum Simulation of Tunable and Ultrastrong Mixed-Optomechanics
我们提出了一个可靠的方案来模拟可调和超强混合（一阶和二次光机耦合共存）耦合双模玻色子系统中的光机相互作用，其中两个模式耦合的交叉克尔相互作用和两个模式之一是通过单激发和双激发过程驱动。结果表明，混合光力相互作用可以进入单光子强耦合甚至超强耦合区。一阶和二次光机耦合的强度可以根据需要进行控制，因此可以实现一阶、二次和混合光机模型。特别地，通过引入适当的压缩真空浴，可以完全抑制驱动模的热噪声。我们还研究了如何利用模拟的相互作用产生相干压缩态和真空态的叠加态。通过计算封闭系统和开放系统情况下的维格纳函数，表征了产生态的量子相干性效应。这项工作将为在量子模拟器中观察和应用超强光机效应铺平道路。
2021-08-19 quant-ph
Kerr-enhanced optomechanical entanglement generation via reservoir design
本文提出引入光学克尔非线性介质与压缩真空库增强光机械纠缠的方法，证实该方案可扩展稳定区域、提升纠缠强度，在高热声子占据条件下仍可生成纠缠。
2025-11-18 quant-ph
Electron spin control of optically levitated nanodiamonds in vacuum
金刚石氮空位中心的电子自旋是纳米传感和量子信息的重要量子资源。将NV自旋与悬浮光机械谐振器相结合将为新的应用提供混合量子系统。在这里，我们光学悬浮纳米金刚石，并证明其内置的NV中心在低真空电子自旋控制。我们观察到，电子自旋共振（ESR）的强度增强时，空气压力降低。为了更好地理解这个系统，我们研究了陷阱功率的影响，并在校准应变效应后用ESR测量了悬浮纳米金刚石的绝对内部温度。我们还观察到，氧气和氦气的纳米金刚石NV中心的光致发光和ESR对比度有不同的影响，表明NV中心在氧气传感的潜在应用。我们的结果为研究宏观量子力学的悬浮自旋光机系统铺平了道路。
2016-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Surviving Entanglement in Optic-Microwave Conversion by Electro-Optomechanical System
在量子技术的最近发展中，已经广泛地研究了量子信号的频率转换。研究了在双模压缩真空态中，对其中一个模施加电光机械频率转换方案所产生的光-微波纠缠。我们量化了转换后的双模高斯态的纠缠度，分析了态的纠缠度随电光机械系统参数的变化。此外，我们还证明了高纠缠态转换后的纠缠存在一个上界。该研究为量子照明系统的实用化提供了理论平台。
2021-02-05 quant-ph
Homodyne coherent quantum noise cancellation in a hybrid optomechanical force sensor
在本文中，我们提出了一个实验上可行的方案，以提高在一个混合的光学机械设置的压力检测的灵敏度，压缩真空注入辅助，超过标准量子极限（SQL）。该方案是基于一个组合的相干量子噪声消除（CQNC）的策略与变分零差检测的腔输出频谱中的本地振荡器的相位进行了优化。在CQNC中，在系统中实现负质量振荡器导致由于相消量子干涉而导致的来自力学的反作用噪声的精确消除。挤压真空注入增强了这种消除，并允许在宽频带和低得多的输入激光功率下达到亚SQL灵敏度。我们在这里表明，采用变分零差读出使我们能够增强这种噪声消除到$40 ~\mathrm{dB}$相比，检测的光输出相位正交的标准情况下，导致显着的力的灵敏度的顺序为$10^{-19} \mathrm{N}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$，约2阶增强相比，标准情况下。此外，我们表明，在非零腔失谐，信号响应可以放大在一个水平的三至五倍大于在标准情况下，没有变零差读出，提高信噪比（SNR）。最后，本文提出的变分读出CQNC可应用于其它类似光机的平台，如悬浮系统、多模光机阵列或晶体以及基于约瑟夫森的光机系统。
2022-08-26 quant-ph
Enhancing the force sensitivity of squeezed light optomechanical interferometer
频率相关压缩真空的应用使光机干涉仪的力灵敏度提高了$e^{-r}$倍，超过了标准量子极限，其中$r$是压缩参数。在这项工作中，我们表明，随着量子光学回复力的压缩光的应用可以提高灵敏度超过标准的量子限制的一个因素$\sqrt{e^{-2r}ζ/4Δ}$，其中$0< ζ/Δ<1$，与$ζ$的光机械腔衰减率和$Δ$的腔本征频率和驱动场之间的失谐。本文中描述的技术仅限于比光机械镜的谐振频率小得多的频率。
2022-05-12 physics.optics quant-ph
Spectral Analysis of Quantum Field Fluctuations in a Strongly Coupled Optomechanical System
本文通过强耦合悬浮光机械实验，证明振荡器作为宽带量子频谱分析仪，利用位移谱不对称性探测腔场量子涨落，并发现量子反作用在窄谱区因相消干涉被抑制。
2023-05-15 quant-ph
Optomechanical Toy Model for Gravitationally Induced Decoherence: Exact Solution
我提出了一个玩具模型的引力诱导退相干的精确解。玩具模型具有类似于光学机械系统的哈密顿量。它是一个振荡器系统，通过其能量耦合到振荡器热浴。我发现了零温度下真空涨落的退相干效应。此外，对于一个有限的浴我表明，退相干是在一般存在的系统不返回到其初始的相干性，除非浴的基频有合理的比例。
2017-03-29 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Cooling the Motion of a Silica Microsphere in a Magneto-Gravitational Trap in Ultra-High Vacuum
悬浮光学机械系统，特别是被困在真空中的粒子，为研究与环境隔离的物体的机械行为提供了独特的平台。最终，这样的系统可能使研究量子力学、引力和其他弱力的基本问题成为可能。虽然纳米颗粒的光学捕获已经成为典型的悬浮光学机械系统，但由于所需的高光强的加热，特别是当与高真空环境结合时，它并非没有问题。本文研究了超高真空中的磁引力阱。与光阱相比，我们利用永磁体产生的磁场和引力相互作用，为反磁性粒子创造了一个完全被动的陷阱。我们证明了冷却的质心运动的被困的二氧化硅微球从环境温度到一个有效的温度接近或低于一毫开尔文在两个自由度的光学反馈阻尼。
2018-02-09 quant-ph
Suppression of Stokes scattering and improved optomechanical cooling with squeezed light
我们发展了一个压缩输入光场的光机冷却理论。我们表明，斯托克斯加热跃迁可以抑制\emph{fully}时，驱动场被压缩低于真空噪声水平在适当选择的压缩相位和有限的压缩量。因此，对激光冷却的量子反作用极限可以降低到零，并且所得到的最终温度然后仅由热声子数与光机械协同性参数之间的比率确定，而与腔线宽和机械频率的实际值无关。因此，用压缩输入场驱动允许制备纳米机械谐振器，即使具有低谐振频率，在它们的量子基态中具有非常接近1的保真度。
2016-11-14 quant-ph
Optomechanical crystal in light-resilient quantum ground state
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文研发了一种芯片级无释放硅光力晶体腔，通过抑制热光效应提升了激光弹性，为微波-光量子转导等量子协议及硅光力平台热噪声研究提供了新方案。
2026-08-27 physics.optics quant-ph
Dissipation-driven two-mode mechanical squeezed states in optomechanical systems
在本文中，我们提出了两个量子光力学安排，允许耗散使能产生稳定的双模机械压缩态。在第一种设置中，机械振荡器被放置在双模光学谐振器中，而在第二种设置中，机械振荡器位于两个耦合的单模腔中。我们分析表明，适当选择的泵参数，这两个机械振荡器可以驱动腔耗散到一个固定的双模压缩真空，只要机械阻尼是可以忽略不计的。研究了热涨落对双模压缩的影响，结果表明，双模压缩不需要振子的基态预冷。这些建议可以实现在一些光学机械系统与当前国家的最先进的实验技术。
2013-01-24 quant-ph
Optical Levitation of Nanodiamonds by Doughnut Beams in Vacuum
具有氮空位中心的光悬浮纳米金刚石有望成为高质量的混合自旋光机械系统。然而，被捕获的纳米金刚石从激光束吸收能量并在真空中引起热损伤。我们建议通过在强聚焦的甜甜圈形激光束的中心捕获复合颗粒（涂覆有吸收性较低的二氧化硅壳的纳米金刚石核）来解决这个问题。通过对囚禁稳定性、热吸收和振荡频率的系统研究，得出方位偏振高斯光束和线偏振拉盖尔-高斯光束${\rm LG}_{03}$是最佳选择。通过我们的建议，具有强吸收系数的粒子可以被捕获而不需要明显的加热，因此，基于悬浮纳米金刚石的自旋光机械系统可以在高真空中使用现有的实验技术。
2016-10-20 physics.optics quant-ph
Characterizing stationary optomechanical entanglement in the presence of non-Markovian noise
本研究解析证明，在非马尔可夫噪声下，真空或频率无关压缩输入光场中光机械静态纠缠具有普适性，且频率相关压缩无法产生纠缠。
2025-08-24 quant-ph
Optomechanical generation of a mechanical catlike state by phonon subtraction
我们提出了一个方案来制备一个类似猫态的宏观力学振子，接近相干态叠加。首先，利用储库工程技术，将通过辐射-压力相互作用耦合到光腔中的场的机械振荡器制备成接近压缩真空态。然后使用调谐到腔共振的较低运动边带的短光脉冲探测系统，实现光子-声子交换相互作用。然后，从腔中出现的光子的光子数测量条件下的声子减去猫状状态与负维格纳分布表现出分离的峰和多个干涉条纹。我们使用最先进的光子晶体光机系统证明了这种方案是可行的。
2020-03-12 quant-ph
Cavity optomechanical coupling assisted by an atomic gas
我们从理论上研究了一个充满原子的腔，它提供了修改后的腔光场与一端可移动的反射镜之间的光机相互作用。我们表明，腔场“打扮”这些原子，产生两种类型的极化激元，有效地提高了辐射压力的腔场的端镜，以及建立一个额外的压缩模式的端镜。这种压缩在振荡镜和系统的其余部分之间产生绝热纠缠，这在通常的真空腔中是不存在的。我们分析了纠缠，并量化它使用Loschirton回声和保真度。
2008-03-06 quant-ph
Casimir Effect : Optomechanics in Quantum Vacuum
Casimir效应是量子真空中光场涨落与镜面之间的光-机耦合作用的结果。第20届国际激光光谱学会议（ICOLS 2011）讨论了理论与实验比较的现状。
2011-09-01 gr-qc quant-ph
Cold atoms as a coolant for levitated optomechanical systems
光阱介电体非常适合于在超高真空环境中达到其质心运动的量子状态。我们表明，基态冷却的光学捕获的纳米球是可以实现的，当在室温下开始时，通过共振冷却的冷原子气体光学耦合到纳米粒子。不同于腔冷却在解决边带限制，这个系统只需要一个适度的腔精细度，它允许冷却被关闭，允许随后观察强耦合的原子和球之间的动力学。冷却到量子基态的纳米球可能在量子信息科学或精密传感方面有应用。
2014-12-17 physics.atom-ph quant-ph
Modeling Quantum Optomechanical STIRAP
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Universiteit Leiden（莱顿大学）
研究量子光机械系统中STIRAP的实现，通过分析展示无损耗系统中分数STIRAP可生成机械Bell态，提出利用低温冷却技术实现高保真纠缠的方案。
2026-03-30 quant-ph
Unconditional Wigner-negative mechanical entanglement with linear-and-quadratic optomechanical interactions
在量子相空间中产生Wigner函数为负值的纠缠态是一项具有挑战性的任务，特别是对于大规模的，可能是宏观的系统，如机械谐振器。在这项工作中，我们提出了两个方案的基础上水库工程无条件生成Wigner负纠缠态。我们考虑两个非相互作用的机械谐振器，辐射压力耦合到一个或两个共同的腔场;与场的光机械耦合具有机械位移中的线性和二次部分，并且腔以多个频率驱动。我们分析表明，这两个方案稳定的Wigner负纠缠态，结合了双模压缩真空的纠缠与立方非线性，我们称之为双相位纠缠（CPE）态。然后，我们进行了广泛的数值模拟来测试的鲁棒性Wigner负纠缠近似CPE状态稳定的存在下的热退相干。
2023-02-07 quant-ph
Dissipative optomechanical preparation of non-Gaussian mechanical entanglement
纠缠作为一种关键资源在发展前沿技术方面发挥了关键作用，例如在量子隐形传态和量子传感方案中。值得注意的是，由于能够将机械振荡器的振动模式冷却到其量子状态，机械模式之间的纠缠和非经典机械态的产生已经成为量子技术应用的核心资源。因此，提出确定性的计划来实现这些任务是至关重要的。虽然两体机械纠缠的主要方案涉及高斯光机械相互作用（线性化机制）以产生双模压缩真空态，但利用裸非高斯光机械相互作用（非线性强单光子机制）的纠缠双模仍然很少被覆盖。本文提出了一种利用腔场耗散在非线性区域设计声子非高斯二体纠缠的方案。有趣的是，我们的协议（操作在解决边带和光子封锁制度）呈现实现高度的稳态纠缠的可能性。我们进一步表明，我们的确定性方案是强大的退相干和温度的存在下，在国家的最先进的光学力学，以及所需的条件，以获得非高斯的实现二分机械稳态。
2022-03-02 quant-ph
Interaction of Mechanical Oscillators Mediated by the Exchange of Virtual Photon Pairs
两个紧密平行的镜子由于源自电磁场的电磁量子真空波动的小力（卡西米尔效应）而吸引。这些真空波动还可以在一个反射镜移动时引起施加在另一个反射镜上的运动力。这里我们考虑由两个振动镜耦合到一个光学谐振腔组成的光机系统。我们发现，运动的力量可以确定显着的耦合率之间的两个空间分离的振动镜。我们表明，通过调谐两个机械振荡器进入共振，能量在量子水平上交换。这种相干运动耦合是通过虚拟光子对的交换实现的，这源于动态卡西米尔效应。这里提出的过程表明，电磁量子真空能够传递机械能，有点像一个普通的UID。我们表明，该系统也可以作为一个机械参数下变频器，即使在非常弱的激励。这些结果表明，真空诱导的运动力开辟了新的可能性，发展的光机械量子技术。
2018-11-07 quant-ph
Phonon Pumping by Modulating the Ultrastrong Vacuum
提出一种在超强耦合三部分系统中通过调制量子比特频率利用基态虚光子泵浦真实声子的协议，并设计了可实验观测的混合超导-光机装置。
2024-06-10 quant-ph
Constraining modified gravity with quantum optomechanics
我们推导出最好的可能的界限，可以放在汤川和变色龙一样的修改牛顿引力势与腔光机械量子传感器。通过模拟振荡源球的光学机械系统的第一原理的影响，我们得出的基本灵敏度，这些修改可以检测到的情况下，环境噪声。特别是，我们考虑到大尺寸的光机械探针相比，我们希望探测的第五个力的范围和量化所产生的屏蔽效果时，源和探针都是球形的。我们的研究结果表明，在高真空中的光机系统，在原则上，进一步约束的变色龙类修改牛顿引力的参数。
2022-04-01 gr-qc quant-ph
Entanglement dynamics of two modes coupled through a dissipative movable mirror in an optomechanical system
本研究聚焦中间反射镜光力学系统，分析两模式纠缠动力学，精确求解主方程并以并发度量化，发现无损耗时可分离态演化为纠缠态，力学损耗会减弱系统整体纠缠。
2024-11-28 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Phase Transitions in Optomechanical Systems
本文研究光力学系统基态性质，给出大频比下精确解，揭示对称破缺诱导的量子相变，发现压缩场驱动可降低相变耦合强度，还提出原子耦合的混合系统相变模型，为探索临界现象提供新平台。
2024-02-02 quant-ph
Demonstration of efficient nonreciprocity in a microwave optomechanical circuit
设计非互易相互作用的能力是现代通信技术的重要工具，也是构建量子网络的强大资源。除了大的反向隔离，适合应用的非互易器件还必须具有高效率（低插入损耗）和低输出噪声。最近的理论和实验研究表明，非互易性的行为可以实现在光学机械系统，但在这最后两个属性的性能已经受到限制。在这里，我们展示了一个有效的，频率转换的微波隔离器的基础上的光机械相互作用的电磁场和机械兼容的真空间隙电容器。我们实现了同时超过20 dB的反向隔离和插入损耗小于1.5 dB的5 kHz的带宽。我们的非互易噪声性能的设备的特点，观察到残留的热噪声从机械环境的路由只到输入的隔离器。我们的测量结果与一般的耦合模理论定量一致。与传统的隔离器和环行器不同，这些紧凑的非互易器件不需要静态磁场，并且可以动态控制隔离方向。有了这些优势，类似的器件可以在量子网络的不同节点之间实现可编程的高效连接，甚至可以有效地桥接微波和光域。
2017-03-15 quant-ph
Position-squared coupling in a tunable photonic crystal optomechanical cavity
我们提出了一个平面硅光子晶体腔的设计，制造和表征，在其中实现了大的位置平方光机械耦合。该器件由双缝光子晶体结构组成，其中中心光束模式的运动耦合到两个高Q光学模式，这些模式位于每个缝周围。该结构的静电调谐用于可控地将光学模式杂交成以二次方式耦合到光束运动的超模。从光学模式的抗交叉和光学弹簧效应的独立测量，位置平方真空耦合率被测量为高达245 Hz的基本面内机械共振的结构在8.7 MHz，这在位移单位对应于1太赫兹/nm的耦合系数$^2$。这种水平的位置平方耦合比传统的法布里-珀罗腔系统大约大五个数量级。
2015-05-27 physics.optics quant-ph
Tunable single-photon multi-channel quantum router based on a hybrid optomechanical system
光子路由在光通信网络和量子网络中起着关键作用。虽然在理论和实验上已经对各种系统中的信号量子路由进行了研究，但是具有多输出端的量子路由的一般形式仍然需要探索。在这里，我们提出了一个实验可达的可调谐单光子多通道路由方案，使用光机械腔库仑耦合到纳米机械谐振器。该路由器可以从相干输入信号中提取一个单光子，直接调制到三个不同的输出通道。更重要的是，可以通过调节库仑耦合强度来选择两个输出信号频率。我们还证明了真空和热噪声将是微不足道的光学性能的单光子路由器在温度的顺序为20 mK。我们的提议可能为多通道路由器和量子网络铺平了新的道路。
2014-10-16 quant-ph
Measurement of two-mode squeezing with photon number resolving multi-pixel detectors
利用光子数分辨多像素光子计数器对光学参量放大器（OPA）中产生的双模压缩真空进行了测量。MPPC的实现允许在OPA增益的宽动态范围内观察噪声降低，这是标准单光子雪崩光电探测器无法达到的。
2012-05-14 quant-ph
Generation of Optical Coherent State Superpositions by Number-Resolved Photon Subtraction from Squeezed Vacuum
通过从压缩真空光脉冲中减去多达三个光子，我们已经创造了预示性的相干态叠加（CSS）。为了以足够的速率产生这样的CSS，我们使用我们的高效光子数分辨跃迁边缘传感器来检测减去的光子。这是第一个实验启用并利用该探测器的全部光子数分辨能力。用三光子减影法产生的CSS的平均光子数为2.75 - 0.24/+0.06，保真度为0.59 - 0.14/+0.04，具有理想的CSS。这证实了减去更多的光子会导致更高振幅的CSS。
2011-02-01 quant-ph
Dissipation-driven nonclassical state generation in optomechanics with squeezed light
本文研究了一个光机械系统，当一个机械振子与一个单模腔场二次耦合时，在压缩光场的驱动下产生一个非经典的机械态。该系统对应于一个政权，其中的光学耗散占主导地位的机械阻尼和光机耦合。我们发现在光机械系统中出现了多声子过程，并证明了在基态制备的机械振子将演化为振幅平方压缩真空态。机械振荡器稳态的维格纳分布是非高斯的，表现出量子干涉和四重对称性。这种通过水库工程产生的非经典力学状态，可以用于低于标准量子极限的力学的位置和动量的量子相关测量。
2018-06-19 quant-ph
Compact superconducting vacuum-gap capacitors with low microwave loss and high mechanical coherence for scalable quantum circuits
本文提出可扩展的超导真空间隙电容器制造工艺，实现约150 nm间隙、低微波损耗与超高相干机械模式，并验证基态冷却、运动压缩及拓扑晶格等量子光机械应用。
2025-05-15 physics.app-ph quant-ph
Microwave-to-optical conversion with a gallium phosphide photonic crystal cavity
电致动光机械谐振器提供了一种微波和光子的量子相干双向转换的途径。这样的设备可以使量子计算机的光学互连基于量子比特在微波频率下工作。在这里，我们提出了一种新的微波到光转换的平台，包括一个光子晶体腔的单晶，压电磷化镓集成在预制铌电路上的本征硅基板。该设备利用空间扩展，侧边分辨机械呼吸模式在$\sim$ 3.2 GHz，真空光机耦合率高达$g_0/2π\approx$ 300 kHz。机械模式由集成微波电极通过逆压电效应驱动。我们估计，该系统可以实现机电耦合率的超导transmon量子位的$\sim$ 200 kHz。我们的工作代表了压电光机械接口与超导量子处理器集成的决定性一步。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhancing a slow and weak optomechanical nonlinearity with delayed quantum feedback
量子光学的核心目标之一是在单光子之间产生大的相互作用。光与光机械系统中的运动相互作用可以感知位移的微小波动，并且还通过辐射压力施加力。这两种效应合在一起，意味着两个光子可以在以运动为媒介的相互作用中“感知”彼此的存在。人们普遍认为，对于一个光机械系统来调节单光子之间的强相互作用，机械系统必须在光子丢失之前做出响应（$ω_m > κ$），并且辐射压力必须产生足够大的位移来改变系统的光学特性（$g_0 > κ$）。实现这种“真空强耦合”的挑战阻止了实验证明单光子相互作用。在这项工作中，我们表明，通过添加一个相干的反馈通道，以缓慢的机械系统（$ω_m < κ$）是弱非线性（$g_0 < κ$），两个空间分离的单光子可以有效地相互作用，确定性地通过一个谐振器的机械运动。为了数值分析我们的系统，我们必须求解耦合到长波导反馈通道的光机系统的状态的薛定谔方程。我们实现了一个矩阵乘积态的方法，以保持跟踪和发展的完整的量子态的系统在一个有效的方式。我们半经典地分析这个过程，然后用数值方法求解全量子动力学，以找到光力学的半经典和量子机制之间的交叉点。最后分析了实现该协议的实验前景。
2017-10-11 physics.optics quant-ph
Quantum non-Gaussianity certification of photon-number-resolving detectors
我们报告的光子数分辨探测器的量子非高斯特性的直接实验验证。该认证协议是基于现有的量子非高斯准则的适应量子态的量子测量。在我们的方法中，它足以探测器的真空状态和两个不同的热态，以测试其量子非高斯性。该认证实验证明了由十个单光子雪崩光电二极管的空间复用阵列形成的探测器。我们证实了POVM元素$\hatΠ_m$的量子非高斯性与$m$ -倍符合计数，高达$m=7$。从第一性原理证明$\hatΠ_m$量子非高斯特性的实验能力对于大的$m$是受限于测量结果的低概率的，特别是对于真空输入态。我们发现，独立的高斯背景噪声注入到检测器可以是有帮助的，并可能减少所需的测量时间，可靠的确认量子非高斯性。此外，我们修改和实验验证了量子非高斯认证协议，采用第三热态代替真空，以加快整个测量。我们的研究结果表明，存在有效的工具，用于实际表征的基本非经典特性和基准的复杂的光量子探测器。
2022-08-26 physics.optics quant-ph
Nonlinear effects in modulated quantum optomechanics
非线性量子机制是实现有趣的量子效应的关键，在现代量子科学中有着广泛的应用。本文提出了一种有效的方法，使原本处于弱耦合区的调制光机械系统（OMS）达到非线性量子区。机械弹性常数和光机相互作用周期性地调制。这导致的结果，共振光-机相互作用可以有效地增强到单光子强耦合制度的调制诱导的机械参量放大。此外，通过引入压缩真空库，可以完全抑制放大的声子噪声，最终实现弱耦合OMS中的光子阻塞。所达到的非线性量子机制也允许我们设计非经典态（例如，薛定谔猫态）的腔场，这是强大的声子噪声。这项工作提供了另一种方法来提高的OMS的量子非线性，这应该扩大腔光学力学在量子领域的应用。
2017-12-21 quant-ph
Squeezing- and non-Gaussianity-enhanced quantum thermometry and magnetometry via quadratic interactions in optomechanical-like systems
Koç University（科奇大学）；TÜBITAK Research Institute for Fundamental Sciences (TBAE)（土耳其应用科学与技术研究基金会基础科学研究院（TBAE））
该研究通过光学机械类系统中的二次相互作用，提升低温下量子温度计和磁计的灵敏度，发现中等耦合和强耦合条件下产生压缩和非高斯特性，从而在弱场和低温区域实现灵敏度的显著增强。
2026-09-24 quant-ph
Quantum enhancement of sensitivity achieved by photon-number-resolving detection in the dark port of a two-path interferometer operating at high intensities
结果表明，对于输入端为高强度相干光和压缩真空的双路干涉仪，只需在暗输出端对少量光子进行光子数分辨检测，就可以获得最大的相位灵敏度。然后，它是可能实现的量子克拉美-拉奥限制的双光路干涉仪仅使用场位移的光量子数统计在由场位移压缩真空态表示的暗端口的单模输出的依赖。我们发现，在小的字段位移，它是不够的，使用平均光子数作为估计，表明最佳相位估计关键取决于精确的光子数的测量。因此，我们分析了检测效率对Fisher信息的影响，并表明，有一个过渡，从低鲁棒性对光子损失与量子干涉效应在低场位移高鲁棒性对光子损失在高场位移。这两个制度之间的过渡发生在场位移成比例的压缩因子的三次方，表明压缩大大提高了相位间隔，其中量子效应是相关的最佳相位估计使用光子分辨探测器。因此，所研究的情况可以被理解为真正的多光子干涉和通常与压缩光相关的直接抑制噪声之间的“缺失环节”。
2019-07-10 quant-ph
Nonlinear dynamics and millikelvin cavity-cooling of levitated nanoparticles
光学机械系统探索和利用光与物质的机械运动之间的耦合。一个非线性耦合提供了丰富的新物理，在量子和经典制度。我们调查一个动态的，而不是通常研究的静态，非线性光学机械系统，包括悬浮和冷却的纳米球的混合电-光阱。光学腔提供线性位置和二次位置（非线性）光物质耦合的读出，同时在高真空中无限期地将纳米球冷却到毫开尔文温度。我们观察到冷却的线性和非线性运动，导致$10^5$倍减少声子数$n_p$，达到最终occupancy的$n_p = 100-1000$。这项工作使悬浮物体的腔冷却到量子基态变得触手可及。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A two-dimensional gallium phosphide optomechanical crystal in the resolved-sideband regime
本研究制备并表征了二维磷化镓光力学晶体，在195.6 THz电信频率下实现7.9×10^4的高光学Q因子，其7.7 GHz机械模式超过光学线宽3倍以上，实现450 kHz真空光力学耦合，是低温下长寿命确定性电信光子量子存储器的理想平台。
2024-08-22 physics.optics quant-ph
Distributed Quantum Metrology with a Single Squeezed-Vacuum Source
我们提出了一个干涉计划的估计与非负权重的线性组合的任意数量的$M>1$的未知相位延迟，分布在一个$M$信道的线性光网络，海森堡有限的灵敏度。这是在不需要任何光子数或纠缠态源、光子数分辨探测器或辅助干涉通道的情况下实现的。事实上，所提出的协议显着依赖于一个单一的压缩态源，在干涉仪输出的反压缩操作，和开关光电探测器。
2019-06-28 quant-ph
Dissipation and Thermal Noise in Hybrid Quantum Systems in the Ultrastrong Coupling Regime
在考虑混合量子系统中各组成部分与环境的耦合时，往往忽略了这些组成部分之间的相互作用。然而，如果相互作用强度很大，这种近似导致非物理的预测，如腔QED和光学机械系统中的超强耦合制度。为了处理这些情况下，主方程与耗散保持这些组件之间的相互作用已导出的量子拉比模型和标准的光机哈密顿量。在这篇文章中，我们超越了这些以前的推导，并提出了一个通用的主方程方法与热库相互作用的任意混合量子系统。具体来说，我们的方法可以应用于描述的动态开放的混合系统的谐波，准谐波，和非谐波过渡。我们应用这种方法研究了温度对电路QED中多光子真空拉比振荡的影响。我们还分析了温度对光机械系统中机械能到光子对的转换的影响，这是最近描述的零温度。我们将我们的结果与以前的方法进行比较，发现这些方法有时会高估退相干率，低估激发态人口。
2018-11-21 quant-ph
Enhancement of mirror-mirror entanglement with intracavity squeezed light and squeezed-vacuum injection
本文研究光机械系统中压缩光与可移动镜间量子关联转移的增强，提出腔内压缩光和压缩真空注入方案，并利用对数负性分析参量增益、压缩参数、声子隧穿、光子跳跃及温度对镜–镜纠缠的影响。
2023-11-03 quant-ph
Unconventional Cavity Optomechanics: Nonlinear Control of Phonons in the Acoustic Quantum Vacuum
我们研究了非常规腔光力学和辐射压力的声学模拟，以显示在声学量子真空中声子的非线性相干控制的可能性。具体来说，我们研究的系统中，一个量子化的光场有效地修改了声谐振器的频率。我们提出了一个通用的方法来增强这样的非线性相互作用，通过采用一个中间量子比特。与传统的光机系统相比，该系统实现了机械谐振腔和光学谐振腔的互换，并且声子谐振腔的边界条件可以用近光学频率进行调制。这些差异允许测试一些量子效应的参数远远超出了传统的腔光学力学的范围。基于这种新的相互作用形式，我们证明了可以实现各种非经典量子效应。例子包括用于调制声子谐振器的谐振频率的有效方法（例如，表面声波谐振器），演示了机械参量放大，以及源自声学量子真空的声子的动态卡西米尔效应。我们的研究结果表明，非传统的光学力学提供了一个通用的混合平台的量子工程的非经典声子态的量子声动力学。
2019-12-17 quant-ph
Noiseless quantum measurement and squeezing of microwave fields utilizing mechanical vibrations
强烈放大振荡信号的两个正交幅度的过程必然会增加噪声。或者，如果一个正交信号中的信息在相敏放大中丢失，则可以完全重建另一个正交信号。在这里，我们证明了这样一个近乎完美的相敏测量使用腔光机计划，其特征在于一个非常小的噪声小于0.2量子。我们还观察到微波辐射强烈压缩8分贝以下的真空。明亮的压缩微波源开辟了量子系统操纵的应用，甚至在适度的低温下也可以使用无噪声放大。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
A room temperature optomechanical squeezer
目前限制引力波（GW）探测器的噪声源之一来自光的量子性质，导致不确定的振幅和相位。相位不确定性限制了干涉测量的精度。这种测量也受到量子反作用的影响，这是由振幅不确定性（QRPN）产生的辐射压力波动引起的。为了降低这种量子噪声，GW探测器计划使用压缩光注入。在这篇论文中，我致力于利用辐射压力介导的光机械（OM）相互作用来产生压缩光。通过使用OM相互作用产生压缩态使得波长无关的压缩光源也可以比传统使用的非线性晶体更紧凑和鲁棒。我们分析了具有现实缺陷（损耗和经典噪声）的系统，并使用这些概念设计了一个实验，以在室温下在宽音频频带中获得最可能的压缩。这涉及腔的光学性质和振荡器的机械性质的优化。然后，我们展示了它的实验实现，以及随后的QRPN和OM压缩的观察。这是有史以来第一次直接观察到室温振荡器的运动被真空波动所压倒。这在低频带中示出，这与GW探测器相关，但提出了其自身的技术挑战，因此以前没有这样做。在反作用占主导地位的制度，随着优化的光学性质，也使我们能够观察到OM压缩。这是第一次在室温OM系统中直接观察到量子噪声抑制。这也是第一个直接的证据，量子相关性在音频频段，在一个宽带的非共振频率。
2020-06-25 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Tripartite quantum entanglement with squeezed optomechanics
本文提出在含两面可移动镜子的法布里-珀罗腔中，通过光学参量放大器引入压缩腔内模式并匹配注入压缩真空库的压缩参数以完全抑制光学输入噪声，从而实现三方量子纠缠的相干操控与显著增强。
2024-08-06 quant-ph
