Temporal evolution of a forced optomechanical system with linear and quadratic field -- mechanical oscillator couplings
本研究利用李代数方法求解了具有线性和二次耦合的光机系统的时间演化算符,包括无驱动和受迫两种情况,并通过数值模拟验证了结果的准确性。
2024-12-16 quant-ph
Quantum reservoir engineering through quadratic optomechanical interaction in the reversed dissipation regime
我们探讨电磁场耦合到机械谐振器通过二次光机相互作用在反向耗散制度的机械阻尼率远大于腔场耗散率。它示出,在这个政权中,腔场有效地获得一个额外的水库,这是由机械浴的温度以及机械阻尼率的条件。我们解析地找到了机械振子冷却或加热耦合电磁场的稳态平均光子数和临界温度。我们还表明,在二次耦合的情况下,可以通过观察腔场的噪声谱来估计的机械振荡器的温度在量子制度。
2017-09-01 quant-ph
Enhancing quadratic optomechanical coupling via nonlinear medium and lasers
我们提出了一个方案,以显着增加二次光机耦合的光机系统的非线性介质和两个驱动激光器的帮助下。非线性介质由一束激光驱动,光学腔模由强激光驱动。我们利用压缩变换和旋波近似导出了一个有效的哈密顿量。通过调节两个光驱动场,可以使有效的二次光机耦合强度大于腔模的衰减速率。利用压缩真空场可以完全抑制压缩腔模的热噪声。然后,将驱动场施加到机械模式。我们研究了等时二阶关联,发现即使初始的单光子二次耦合远小于光模的衰减率,也存在光子、声子和光子-声子的阻塞。此外,两次二阶关联的亚泊松窗口可以通过机械驱动场来控制。最后,我们证明了非线性介质和力学模的驱动场可以调控模型的压缩和纠缠。
2019-02-07 quant-ph
Single-photon quadratic optomechanics
本文给出了二次光力学中单光子与薄膜机械运动相干相互作用的精确解析解。我们考虑单光子发射和散射时,光子最初是在腔内和腔外的领域,分别。使用我们的解决方案,我们计算的单光子发射和散射光谱,并找到的光谱特征和系统的固有参数,如:光机耦合强度,机械频率,和腔场衰减率之间的关系。特别是,我们澄清的声子边带是可见的条件。我们还研究了长时间发射态和散射态的光子-声子纠缠。我们用线性熵来描述这种纠缠,把它看作是单模声子和单光子之间的二分纠缠。
2014-09-10 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
Quantum signatures in quadratic optomechanical heat engine with an atom in a tapered trap
我们研究如何量子签名可以出现在一个单原子热机组成的一个原子被限制在一个锥形的陷阱,并受到热和冷的热库。在Ref. [1]的文件。我们这样一个系统使用二次光机模型,并确定一个有效的奥托循环系统的动态。我们比较了发动机的性能在量子和经典的制度,通过评估的功率耗散。我们发现,降低温度是不够的,使单原子引擎的参考。[1]真正的量子增强型热机。我们表明,这是必要的,使陷阱更不对称和限制,以确保量子关联引起的功率输出的增强。
2022-08-17 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
Optomechanical systems with linear and quadratic position couplings: Dynamics and optimal estimation
University of Cologne(科隆大学);Forschungszentrum Jülich, Institute of Quantum Control, Peter Grünberg Institut (PGI-8)(于利希研究中心,量子控制研究所,彼得·格林伯格研究所(PGI-8));Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia, Center for Life Nano-Neuroscience at la Sapienza(意大利理工大学基金会,拉萨皮恩扎大学生命纳米神经科学中心);HUN-REN Wigner Research Centre for Physics(匈牙利研究与教育网络维格纳物理研究中心)
本文研究了具有线性和二次位置耦合的光学机械系统,通过双声子相干态方法求解量子哈密顿量,并利用平衡锁相光电探测展示经典 Fisher 信息可达到量子 Fisher 信息极限。
2026-02-13 quant-ph
Dynamics and Spectral Response of linear-quadratic optomechanical interaction: Effects of pure dephasing
本文研究线性-二次光机系统在纯退相干下的动力学与光谱响应,揭示退相干速率对声子数和正交分量的影响,并采用非平稳光谱学分析机械响应,比较不同耦合类型的效果。
2025-01-24 quant-ph
Optical Response and Drift Matrix of Quadratic Optomechanical System
光机系统中的非线性相互作用在许多有趣的研究和现象中起着至关重要的作用,如F。Monifi等人[Nature Photonics 10,399405(2016)]和Zhong-Peng Liu等人提出的光学机械对称性破缺[Phys. Rev. Lett.117,110802(2016)]。本文从理论上研究了含有两个原子能级的二次耦合光机系统。我们首先研究了系统在稳态下的各种模式的解,然后我们观察了透射强度(T)随系统的几个参数的变化。进一步,我们推广了我们的分析,找到了二次光机系统的漂移矩阵和稳定性条件,通过消除原子自由度。
2020-08-01 physics.optics quant-ph
Higher-order interactions in quantum optomechanics: Revisiting theoretical foundations
量子光学力学的理论是从第一原理中重建的,通过从光的运动方程中找到拉格朗日量,然后继续到哈密顿量。非线性项,包括二次和高阶相互作用,在任何可能的正则参数选择下都不会消失,并导致动量和场的耦合。二次力学参数相互作用的存在,然后严格证明,这是迄今为止,在以前的研究中假设唯象。当机械频率与电磁频率相同或大于电磁频率时,对二次项的校正特别重要。进一步讨论了压缩效应和相对论修正。
2017-06-24 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
Squeezing-enhanced quantum sensing with quadratic optomechanics
针对线性腔光力学传感器难以测量机械能的限制,本文提出在二次COM系统中引入量子压缩光,使其性能超越标准量子极限,并兼容现有先进工程技术。
2024-08-03 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
Asymmetry-Based Quantum Backaction Suppression in Quadratic Optomechanics
随着光力学领域的进步,二次色散耦合(QDC)承诺一个越来越可行的一类定性的新功能。然而,领先的QDC几何形状也产生线性耗散耦合,以及相关的量子辐射力噪声,这对QDC应用是不利的。在这里,我们提出了一个简单的修改,大大降低了这种噪声,而不改变QDC的强度。我们确定的最佳制度的操作,并讨论内的光学悬浮和无损声子测量的例子的优势。
2022-03-01 physics.optics quant-ph
Quantum estimation of coupling strengths in driven-dissipative optomechanics
利用局域量子估计理论研究了驱动耗散光机械系统中线性和二次耦合强度的测量。对于实验现实值的模型参数,我们发现,线性耦合强度是相当容易估计比二次。我们的分析还表明,这些参数的大部分信息是编码在减少状态的机械元件,和最好的估计策略,这两个耦合参数是很好的近似直接测量的机械位置正交。有趣的是,我们还表明,温度并不总是对估计精度有不利影响,温度的影响在二次耦合参数的情况下更为明显。
2020-12-16 quant-ph
Proposal for a near-field optomechanical system with enhanced linear and quadratic coupling
我们提出了一个现实的系统与分离的光学和机械自由度,其中高机械质量的氮化硅膜放置在一个高光学质量的回音壁微腔。强烈增强的线性光机耦合,同时在本系统中的低光学和机械损耗,结果在一个显着的单光子合作超过300。光机械系统中的这种前所未有的协同性使得在低光强下的光学非线性成为可能,并且在产生、存储和实现量子态方面具有巨大的潜力。此外,该装置产生比迄今为止实现的显著更强的二次光机耦合,这对于测量具有高信噪比的声子散粒噪声是期望的。
2012-06-12 physics.optics quant-ph
Unconditional preparation of nonclassical states via linear-and-quadratic optomechanics
储层工程使得能够在噪声环境中稳健地制备纯量子态。我们展示了如何一个新的家庭的量子态的机械振荡器可以稳定在一个腔,是参数耦合到机械位移和位移的平方。腔体由三个音调驱动,分别在红色边带、腔体谐振和第二个蓝色边带上。这样稳定的状态是有限数量声子的叠加(压缩和位移)。它们显示了包含玻色子系统的两个非经典原型的独特特征:通过调整驱动的强度,人们实际上可以从单声子状态移动到薛定谔猫状态。该方案是确定性的,取代测量和反馈回路的需要,并且不需要初始化的振荡器的基态。因此,它能够无条件地制备宏观物体的非经典态。
2018-12-10 quant-ph
Selective linear or quadratic optomechanical coupling via measurement
利用机械谐振器设计线性和非线性耦合的能力是制备和研究宏观力学量子行为的重要目标。在这项工作中,提出了一种基于测量的方案,其中可以使用与机械位置成线性比例的光机相互作用来实现线性或平方机械位移耦合。将所得的平方位移测量强度与使用与机械位移平方的直接相互作用的色散情况下可获得的强度进行比较。实验协议和参数集讨论的机械元件的运动的非高斯状态的产生和观察。
2011-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rotational optomechanical coupling of a spinning dielectric sphere
我们制定了一个非相对论性的哈密顿量,以描述如何旋转自由度的介质球和量子化光场耦合。这种相互作用被示出为采取由电介质内部的场角动量控制的角动量耦合的形式。作为一个具体的例子,我们表明,由于一个单一的回音壁模式的耦合可以导致光的进动动力学和频移。
2012-03-06 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 signatures in quadratic optomechanics
我们分析了发生在光学机械系统中的量子效应,其中光学模式和机械模式之间的耦合是二次位移(膜在中间的几何形状)。我们表明,它是可能的,在这些系统中观察到的量子效应没有实现单光子强耦合制度。我们发现零点能会引起机械频移,并提出了一种实验方法来测量它。此外,我们表明,它是可能的,以确定声子统计从腔传输,并提出了一种方法来推断谐振腔的温度基于这一功能。为了完整性,我们重新审视的情况下,一个孤立系,并表明,不同类型的机械量子态可以创建,这取决于初始腔状态。在这种情况下,机械运动经历了崩溃和复苏,我们计算的崩溃和复苏的时间,以及压缩的程度。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Route to hyperchaos in quadratic optomechanics
Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem(拉卡物理研究所,耶路撒冷希伯来大学)
该研究通过二次耦合光学机械系统实现超混沌,计算了正李雅普诺夫指数并验证相关维度,为非线性系统和量子领域超混沌研究提供了新方法。
2025-04-17 nlin.CD quant-ph
Optomechanics based on angular momentum exchange between light and matter
光学力学的主题涉及光学和机械自由度之间的相互作用,目前作为量子力学基础研究的推动者,以及超灵敏测量设备的平台,受到极大的关注。大多数光机配置依赖于光和物质之间的线性动量交换。我们将从对这种系统的简要描述开始本教程。随后,我们将介绍基于角动量交换的光机系统。在这方面,将考虑携带偏振和轨道角动量的光场,而对于力学,扭转和自由旋转运动将是相关的。我们的总体目标将是提供一些现有的理论建议的基本分析,到目前为止进行的一些实验提供功能描述,并考虑未来的研究方向。我们希望本教程对对这一主题感兴趣的理论家和实验家都有用。
2015-12-31 physics.optics quant-ph
Strong angular momentum optomechanical coupling for macroscopic quantum control
光机系统为探索宏观量子态及相关的量子力学基本问题提供了独特的机会。在这里,我们提出了一个量子光学力学系统,涉及交换相互作用的自旋角动量的光和扭转振子。我们证明了该系统允许在单光子水平上对扭转振子的扭转量子态进行相干控制,这有利于扭转振子的有效冷却和压缩.此外,在薛定谔类猫态中还可以制备具有宏观尺度的扭转振子。我们的工作为在微米甚至厘米尺度上验证量子力学在宏观系统中的有效性提供了一个平台。
2021-09-29 physics.optics quant-ph
Structured transverse orbital angular momentum probed by a levitated optomechanical sensor
本研究通过两束平行反向传播线偏振聚焦光束的干涉场生成携带本征横向轨道角动量(TOAM)的同旋向涡旋阵列,并利用光学悬浮硅纳米棒光力学传感器直接探测TOAM,为基础物理、光操控及量子光力学研究提供新方法。
2023-06-14 physics.optics quant-ph
Tunable Cavity Optomechanics with Ultracold Atoms
我们提出了一种基于原子芯片的量子腔光学力学的实现与冷原子局域在法布里-珀罗腔。有效的亚波长定位的原子系综允许调谐的线性和二次光机械耦合参数,变化的灵敏度的位移和应变的可压缩气体悬臂。我们观察到这样的调谐腔的光学非线性和光机械频移的影响,提供他们的第一个表征在二次耦合制度。
2010-05-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Force sensing beyond standard quantum limit with optomechanical `soft' mode induced by non-linear interaction
我们考虑一个光机系统,它是由一个机械和光学模式通过线性和二次光机色散耦合相互作用。该系统在高品质因数机械谐振器的情况下在未分辨的边带极限中操作。这样的系统然后充当参数驱动的振荡器,从而获得弹性常数的强度辅助可调性。这使得光学机械系统能够在其“软模式”下操作,其中机械弹簧软化并以较低的谐振频率响应。我们表明,这种软模式可以利用非线性反作用噪声,从而产生更高的力的灵敏度超过传统的标准量子限制。
2019-12-11 quant-ph
Optically mediated nonlinear quantum optomechanics
本文从理论上研究了多个机械模与单个量子化腔场模线性耦合和二次耦合时的光机相互作用。我们特别关注的情况下,光耗散是阻尼的主要来源,在这种情况下,光场可以被消除,导致有效的多模之间的机械模式的相互作用。在线性耦合的情况下,对相互作用的相干贡献可以例如在量子态交换协议中被利用,而非相干部分导致来自单模情况的冷阻尼或放大的显著修改。二次耦合可以导致大量可能的有效相互作用,包括类似于非线性光学中的二次谐波产生和四波混频,其具体形式敏感地取决于耦合的符号。在两种极限情况下,解决边带和多普勒制度的腔介导的两种模式的机械相互作用进行了研究。作为形式分析的一个示例性应用,我们详细讨论了一个双模系统,其中玻色-爱因斯坦凝聚体与法布里-珀罗腔的移动端镜光机械线性耦合。
2012-08-29 quant-ph
Momentum Squeezed State Realized via Optimal Filtering in Optomechanics: Implications for Gravity-Induced Entanglement
Kyushu University(九州大学);California Institute of Technology(加州理工学院);Quantum and Spacetime Research Institute, Kyushu University(九州大学量子与时空研究所)
通过最优滤波实现动量压缩态,用于增强重力诱导纠缠的信号,为探测重力的量子性质提供新思路。
2026-02-21 gr-qc quant-ph
Cavity optomechanics in ultrastrong light matter coupling regime: Self-alignment and collective rotation mediated by Casimir torque
该研究理论上探讨了光学腔内量子二聚体系综在超强耦合下的行为,预测了由腔光子交换角动量引起的二聚体自对齐,以及手性腔真空态角动量转移导致的集体同步旋转两种新效应。
2023-11-28 quant-ph
Measuring orbital angular momentum of vortex beams in optomechanics
由于涡旋光束具有理论上的无界性和正交性,因此测量涡旋光束的轨道角动量(包括其大小和符号)具有很大的应用前景。本文提出了一种可区分符号的光机械OAM测量方法,该方法通过监测双拉盖尔-高斯(LG)旋转腔系统中探测光场透射谱的移动来实现。与传统的单LG旋转腔相比,我们的系统可以产生非对称的光机诱导透明窗口。同时,共振谷的位置与OAM的大小和符号有很强的相关性。这最初来自于腔模式与驱动场的有效失谐可以随着OAM的幅度和符号而变化的事实,这导致光谱偏移对于不同符号的OAM是定向的。该方案解决了光力学中无法区分OAM符号的缺点,并适用于拓扑荷值为$\pm 45$的高阶涡旋光束,是对基于腔光力学系统的OAM测量的一个重大改进.
2020-11-18 physics.optics quant-ph
Quantum synchronization and entanglement of indirectly coupled mechanical oscillators in cavity optomechanics: a numerical study
该研究针对腔光力学中间接耦合的机械振子,提出通过二次型腔-振子耦合实现量子同步与纠缠共存的理论方案,证实稳态下二者可在一定参数范围内同时满足。
2023-05-07 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
Optomechanics of a Quantum-Degenerate Fermi Gas
本文从理论上研究了法布里-珀罗腔中超冷费米子原子的力学模与光场的相互作用。费米子系综的低位声子模式是与粒子-空穴激发相关联的集体密度振荡,并且在数学上类似于玻色凝聚体的动量侧模激发。因此,费米子粒子-空穴系统的机械运动表现为一个“移动的镜子”。我们导出了一个有效的系统哈密顿量,它具有一般光机系统的形式。我们还讨论了光学双稳和系统噪声谱中的光机耦合的实验结果。
2010-02-09 quant-ph
Instability of multi-mode systems with quadratic Hamiltonians
本文提出一种几何方法判定量子二次系统的不稳定性,证明系统不稳定当且仅当哈密顿量双曲,并据此分析两模与三模光力系统,发现其稳定参数范围比旋转波近似更宽,且跨越临界边界时发生稳定-不稳定相变并呈现多稳性。
2023-05-30 quant-ph
Quantum Optomechanics with Single Atom
近年来,人们对单原子或原子系综辅助的腔场光机械耦合的探索日益增多,这为量子光学与纳(微)力学系统的接口开辟了一条实验可行的途径。在本文中,我们详细研究了这种由三重耦合所描述的光子、声子和原子的复合量子动力学,这种复合量子动力学只存在于三重杂化系统中:具有可移动端镜的腔QED系统。在参数共振条件下,我们精确对角化了三重杂化系统的哈密顿量。我们发现,与双折射波近似,混合系统是由一个广义的自旋-轨道耦合,其中的轨道角动量算符定义通过乔丹-施温格实现与两个玻色子模式,对应于镜振荡和单模光子的腔。在非常大的角动量的准经典极限下,该系统将表现得像Jaynes-Cummings模型描述的标准腔QED系统,因为角动量算符被转换为单模的玻色子算符。我们用一个实验可及的系统来测试这一观察结果,该系统中的原子位于一个移动的镜子中。
2008-10-23 quant-ph
Nonlinear optomechanical systems with quasi-periodic and chaotic dynamics
本文研究光子场绝热消除下含线性、二次和三次光力相互作用的非线性光力系统,分析有效势从单阱到双阱的转变,并揭示不同相互作用组合及调制光场功率对准周期与混沌动力学之间转换的影响。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-path photon-phonon converter in optomechanical system at single-quantum level
基于光子-声子非线性相互作用,提出了一种在复合二次耦合光机械系统中实现单量子水平可控多路光子-声子转换器的方案。考虑到该方案的实现,引入了一个相关的机械振子来增强有效的非线性效应。因此,即使在单光子耦合率远小于机械频率($g\llω_m$)的当前实验条件下,单光子态也可以高保真度地转换为声子态。状态转移协议和他们的传输保真度进行了讨论,解析和数值。将光机械系统与低频谐振腔相结合,设计了一种多路光子-声子转换器,其参数可通过实验调节。这项工作为量子态转移和量子信息处理提供了一个潜在的平台。
2017-01-19 quant-ph
Regular and chaotic dynamics of nonlinear optomechanical systems controlled by modulated light
Scientific-Practical Material Research Centre, Belarus National Academy of Sciences(白俄罗斯科学院科学实用材料研究中心);Institute of Molecular Physics, Polish Academy of Sciences(波兰科学院分子物理研究所)
研究光力学系统中机械振子在调制驱动下的非线性动力学,通过分岔图和最大李雅普诺夫指数识别规则与混沌区域,发现非线性并不总是增强混沌。
2026-06-05 quant-ph
Effect of higher-order interactions in a hybrid Electro-Optomechanical System
详细分析了光机非线性对光电机械混合系统(EOMS)动态演化的影响。在广泛的参数范围内进行的研究表明,二次耦合项显着改变了系统的动态,因此不能忽略任何潜在的应用。
2019-11-22 nlin.CD physics.optics quant-ph
Quantum Magnetometer with Dual-Coupling Optomechanics
提出了一种实验上可行的基于双耦合光机系统的磁强计,其中辐射-压力耦合将磁信号转换为光相位,二次光机相互作用引起周期性压缩效应。后者不仅放大了待测信号,而且加速了信号转换速率,其特征在于实验上可观察到的相位累积效率。在光-机解耦时刻附近,磁信号可估性的极限与$\exp(-6r)$成正比,通过控制压缩参量$r<1$,可将最优估计精度提高近3个数量级。此外,我们的方案对机械热噪声具有鲁棒性,在耗散存在且没有机械振子的基态冷却的情况下,特定测量的灵敏度可以达到$10^{-17}{\rm T/\sqrt{Hz}}$量级。该方案从根本上拓宽了量子精密测量和腔光学力学的研究领域,在高精度片上磁检测方面具有潜在的应用前景。
2022-09-15 quant-ph
Coupling a small torsional oscillator to large optical angular momentum
我们提出了一种新的配置实现扭转光学力学:一个光陷风车形的电介质与拉盖尔-高斯腔模式包含角和径向节点的相互作用。与现有的方案相比,我们的方法可以耦合小于光学束腰的机械振荡器,以在原则上无限的轨道角动量,可以由一个光子进行,从而产生大量的光机械相互作用。结合小质量、大耦合和低箝位损耗的优点,我们的工作在概念上为扭转光学力学中的量子效应的观察开辟了道路。
2013-04-17 physics.optics quant-ph
Higher-order interactions in quantum optomechanics: Analytical solution of nonlinearity
介绍了一种求解量子力学中二次相互作用引起的非线性朗之万方程的方法。一般采用零阶线性化近似,本文提出了一阶和二阶截断摄动格式。这些计划采用高阶系统运营商,然后近似数运营商与其相应的平均玻色子数,只有在需要的地方。导出了高阶算符的谱密度,得到了零时延下二阶关联函数的表达式,揭示了理想激光器在阈值时的腔光子占有率达到$\sqrt{6}-2$,与大量的数值计算结果符合得很好.作为进一步的应用,量子非谐振子的分析,$Q-$函数的计算,量子限制放大器的分析,和非爆破测量。
2017-11-27 quant-ph
Method of Higher-Order Operators for Quantum Optomechanics
我们演示了高阶算子方法在非线性标准光力学中的应用。结果表明,在频移中存在对称性破缺,对应于红色和蓝色边带的不等价性。这是由于非线性高阶过程导致不相等的失谐。类似地,高阶共振位移存在,表现为光学和机械共振两者的变化。我们提供了第一个已知的方法来明确估计人口的相干声子。我们还计算了高阶相互作用和相干声子对弹簧效应的修正,并表明这些修正在测量单光子光-机相互作用率时是非常重要的。结果表明,高阶算子在求解具有不同乘性噪声项的光机相互作用时存在非唯一性和多样性选择,其中最小基可提供精确的线性朗之万方程,而解耦一个朗之万方程,从而使整个标准光机问题可由显式表达式精确求解.最后,我们提出了一个详细的治疗乘性噪声以及非线性动态稳定阶段的高阶算子的方法。类似的方法可以在标准光学力学领域之外用于量子物理中的二次和所有其他类型的非线性相互作用。
2018-08-01 quant-ph
Optically induced phonon blockade in an optomechanical system with second-order nonlinearity
声子的量子控制已成为发展量子技术的一个热点。在这里,我们提出了一个建议,以实现声子封锁的二次耦合的光机系统,其中一个强的非线性相互作用的光子和声子之间可以诱导由一个外部场相干驱动腔,和有效的耦合强度是可调的通过调整驱动场的振幅。这种光学诱导的非线性不同于用于实现声子阻断的标准方法,其中非线性是通过将机械系统耦合到超导量子比特来实现的。通过对二阶关联函数的稳态解,我们对声子的统计特性进行了解析和数值研究,发现在光学增强的非线性耦合和高质量的力学系统的基础上,可以有效地实现声子的阻塞.
2018-03-10 quant-ph
Non-interferometric test of the Continuous Spontaneous Localization model based on rotational optomechanics
连续自发局域化(CSL)模型是坍缩模型中最著名和研究最多的模型,它修正了量子力学,并确定了宏观尺度下量子叠加不可观测性背后的根本原因。尽管在过去的十年中进行了几次测试,到目前为止,CSL参数空间仍然表现出巨大的未探索区域。在这里,我们研究并提出了一个未经尝试的非干涉测试,旨在填补这一空白。我们表明,角动量扩散预测CSL严重约束的参数值的模型时,应用到一个宏观物体。
2018-08-21 quant-ph
Dynamic stabilization of an optomechanical oscillator
量子光学力学提供了在非常好的控制实验中研究宏观量子系统中的量子效应的可能性。在本文中,我们讨论这样一种情况,如倒立摆的机械系统的动态稳定。具体的例子,我们研究的是一个“膜在中间”的机械振荡器耦合到一个腔场通过二次optomechanical相互作用,与腔阻尼的主要来源的耗散。我们表明,机械振荡器可以动态稳定的辐射压力的时间调制。我们调查的系统在经典和量子制度突出的相似性和差异。
2014-10-22 physics.optics quant-ph
Air mode silicon nitride photonic crystals and their application to nonlinear quantum optomechanical sensing
纳米尺度光子晶体腔光学机械装置使得能够以足以观察量子效应的灵敏度检测纳米机械现象。在这里,我们提出了一个一维的空气模式的光子晶体腔图案化的氮化硅纳米梁的设计,并表明它形成的基础上,腔光学机械分裂光束和桨式纳米腔器件的力检测和非线性量子传感。该器件的空气模式对于光机械耦合是有利的,同时也具有较高的光学品质因数$Q_o\sim 10^6$,尽管其接近于光线并且氮化硅的折射率相对较低。由该器件实现的桨状纳米腔具有二次耦合系数$g^{(2)}/2π$ ~=~10~MHz/nm $^{2}$,并在量子光力学实验的背景下分析了它们的性能。
2019-05-08 physics.optics quant-ph
Multimode strong-coupling quantum optomechanics
本文从理论上研究了通过线性或二次光机械相互作用耦合到单个腔场模的多个机械振子的动力学。我们特别关注强耦合机制,其中腔的衰减速度比机械模式快得多,并且光机械耦合与机械频率相当或大于机械频率,因此光学和机械系统都在深量子机制中运行。使用一个和两个机械振荡器的例子,我们表明,该系统可以经典地表现出双稳性和分叉,我们探讨了这些表现在干涉,纠缠和相关的量子理论,同时揭示了由于腔波动和相干驱动的机械系统的退相干的影响。
2013-09-27 physics.optics quant-ph
Quantum retrodiction in Gaussian systems and applications in optomechanics
该研究介绍量子态反演的通用框架及高斯系统的实用公式,将其应用于光力学系统,表征了可实现的反演POVM,证实近理想测量机械振荡器正交分量的可行性,为破坏性量子态层析成像奠基。
2023-09-07 quant-ph
Single-photon-triggered spin squeezing with decoherence reduction in optomechanics via phase matching
量子自旋压缩是量子信息处理的重要资源,但在存在退相干的开放系统中,其压缩度不易保持。在这里,我们提出了一个在开放系统中实现单光子触发自旋压缩并降低退相干的方案。在我们的系统中,将迪克模型(DM)引入到二次光学力学中,它可以等效于由光子数操纵的有效DM。此外,该光机系统的声子模通过相位匹配耦合到压缩真空库中,从而完全抑制了由环境引起的热噪声。我们证明了单光子激发的声子模的压缩可以完全转移到自旋系综上,并且当且仅当存在自旋压缩时,自旋系综的两两纠缠可以实现.重要的是,当考虑环境的影响,我们的系统可以获得更好的压缩度比在传统的DM可以实现的最佳压缩。同时,在我们的系统中产生的自旋压缩是免疫的热噪声。这为在开放系统中利用单光子产生自旋压缩和降低退相干提供了一种有效的方法,在量子信息处理中具有重要的应用前景。
2021-11-15 quant-ph
Nonlinear optomechanics in the stationary regime
我们已经观察到的非线性转导的热机械运动的纳米机械谐振器检测时,通过边带未解决的光机械腔的激光传输。非线性检测机制是相当感兴趣的特殊情况下,允许量子非爆破测量的机械谐振器的能量。我们调查的光学机械检测装置中的非线性的起源,并推导出一个理论框架的非线性信号转导,和光学弹簧效应,从两个非线性光学传递函数和二阶光学机械耦合。通过测量的线性和非线性信号转导的依赖性-以及机械频移-从光学共振激光失谐,我们提供的线性和二次光机械耦合的贡献估计。
2014-02-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear cavity optomechanics with nanomechanical thermal fluctuations
光腔光机系统中光与运动之间固有的非线性相互作用,除了高驱动的情况下,在所有的线性化描述进行了实验研究。在这里,我们展示了一个纳米级的光学机械系统,其中光和运动之间的相互作用是如此之大(单光子合作$C_0 \approx 10^3$),热运动引起的光学频率波动大于固有的光学线宽。因此,该系统在完全非线性状态下运行,这明显影响光学响应、位移测量和辐射压力反作用。实验表明,在很宽的温度范围内,表观光学线宽主要由热机械引起的频率起伏决定。这种非线性导致传统的热位移测量的光腔光机描述失效。此外,我们探讨了如何辐射压力反作用在这个制度影响的机械波动谱。这种强非线性可以作为控制谐振腔运动状态的一种手段。我们证明了使用高度非线性转导进行二次测量的位置,同时抑制线性转导。
2016-12-23 physics.optics quant-ph