Realization of an electromechanical nano-string device
本文围绕机电纳米弦线器件的实现，从理论建模、仿真优化、纳米制造到实验表征进行了系统研究，并提出了可拓展的理论模型，为量子技术应用奠定基础。
2023-10-12 quant-ph
Quantum electromechanics with levitated nanoparticles
制备和观测纳米粒子的量子态是一项具有挑战性的任务，与量子技术和基础物理实验有着密切的关系。与具有离散跃迁的原子系统相反，纳米颗粒表现出几乎连续的吸收光谱，因此它们的量子动力学不能容易地操纵。在这里，我们证明了带电的纳米尺度的量子可以人为地赋予一个离散的水平结构，通过相干接口与超导量子比特的旋转和平移运动。我们提出了一种脉冲方案，用于产生和读出几个悬浮纳米粒子之间的运动量子叠加和纠缠，为网络化混合量子器件提供了一个全电平台。
2020-05-28 quant-ph
Control of microwave signals using circuit nano-electromechanics
波导谐振器是灵敏的天体物理探测器[1]和电路量子电动力学（cQED）[2]中的关键元件。以超导量子比特的形式耦合到人造原子[3，4]，它们现在为量子信息处理任务提供了一个技术上有前途和可扩展的平台[2，5-8]。将这些电路原位耦合到其他量子系统，例如分子[9，10]，自旋系综[11，12]，量子点[13]或机械振荡器[14，15]，以实现具有扩展功能的混合系统。在这里，我们将超导共面波导谐振器耦合到一个纳米余弦机械振荡器，并演示了全微波场控制的微波信号的减速，前进和开关。这是通过利用机电诱导透明[16-18]实现的，该效应类似于原子物理学[19]中的电磁诱导透明（EIT）。在这种现象上获得的精致的时间控制提供了一种实现经典和量子微波信号存储的高级协议的途径[20-22]，扩展了微波场控制技术的工具箱。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hyperspectral electromechanical imaging at the nanoscale: Dynamical backaction, dissipation and quantum fluctuations
本文提出一种扫描纳米机械噪声显微平台，通过热反作用模型揭示单缺陷纳米线结构、热响应、耗散与涨落的关联，发现缺陷作为单涨落中心在电子束激发下产生由量子涨落主导的远离平衡振动状态。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Measurements of nanoresonator-qubit interactions in a hybrid quantum electromechanical system
在过去的十年里，探索力学系统运动自由度的基本量子特性的实验得到了迅速发展。一种有希望的方法是使用混合机电系统，包括超导量子比特和微波电路。然而，这些系统的发展面临的一个关键挑战是实现力学和量子位之间的强耦合，同时减少量子位和力学模式与环境的耦合。在这里，我们报告的测量量子位耦合的机械谐振器系统组成的超高频纳米谐振器和长相干时间超导transmon量子位，嵌入超导共面波导腔。结果表明，纳米谐振器和transmon具有相称的能量和transmon相干时间是一个数量级大于所有以前报道的量子位耦合纳米谐振器。此外，我们表明，这种新的混合量子系统的数值模拟与光谱测量结果吻合良好，并建议在我们的设备中的纳米谐振器驻留在低的热占用数，其基态附近，作为一个耗散浴看到的量子位。我们还概述了如何这个系统可以很快被开发为一个平台，用于实施更先进的实验与直接相关的量子信息处理和量子热力学，包括纳米谐振器量子噪声特性的研究，水库工程，和nanomechanical量子态的产生和检测。
2016-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Levitated electromechanics: all-electrical cooling of charged nano- and micro-particles
我们展示了如何带电悬浮的纳米和微米粒子可以通过与$RLC$电路连接来冷却。全电悬浮和冷却适用于各种颗粒尺寸和材料，并将在电气网络系统中实现最先进的力传感。在现实噪声的存在下探索冷却极限，我们发现粒子运动的量子机制可以在低温环境中实现，无论是被动电阻冷却还是主动反馈方案，为悬浮量子机电学铺平了道路。
2019-01-23 physics.atom-ph quant-ph
A photonic transistor device based on photons and phonons in a cavity electromechanical system
提出了一种基于腔机电系统中光子和声子的光子晶体管方案，该系统由超导微波腔和纳米机械谐振器耦合组成。光子传播的控制是通过微波场（光子）和纳米机械振动（声子）的相互作用来实现的。通过计算的信号场的透射谱，我们表明，信号场可以有效地衰减或放大，这取决于第二个“门控”（泵）字段的功率。这种方案可能是单光子晶体管的一个有前途的候选者，并为电信和量子信息技术中的许多应用铺平了道路。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electromechanical Quantum Simulators
数字量子模拟器是量子计算机最具吸引力的应用之一。在这里，我们提出了一个通用的，可扩展的，和集成的量子计算平台的基础上可调非线性机电纳米振荡器。结果表明，非常高的单和两个量子比特门的操作精度可以实现在一个最小的架构，其中量子比特编码的非谐振动模式的机械纳米谐振器，其有效的耦合介导的虚拟波动的中间超导人工原子。一个有效的计划，以诱导大的单声子非线性纳米机电器件明确讨论，从而打开了这一方向的实验研究的路线。最后，我们明确地表明，可以达到非常高的精度的数字量子模拟的模型哈密顿，通过使用现实的实验参数在国家的最先进的设备，并考虑横向场伊辛模型作为一个范例。
2018-05-10 quant-ph
Towards mechanical entanglement in nano-electromechanical devices
我们研究了量子域中的机械振荡器阵列，并演示了远程振荡器的运动如何纠缠，而不需要控制单个振荡器，也不需要它们之间的直接相互作用。这些振荡器被认为是纳米机电谐振器阵列的成员，在相邻的谐振器之间施加电压。相互作用的突然非绝热切换导致机械振子的状态压缩，导致机械振子链中的纠缠输运。我们讨论了空间维度，Q因子，温度和退相干源的一些细节，并发现一个独特的鲁棒性的纠缠在正则坐标在这样的计划。我们还简要地讨论了具有挑战性的方面检测所产生的纠缠。
2004-06-17 cond-mat quant-ph
Strong squeezing and robust entanglement in cavity electromechanics
我们研究了机电系统中的非线性效应，该系统由耦合到传输线谐振器的超导电荷量子比特和耦合到另一个传输线谐振器的纳米机械振荡器组成。超导量子比特引起的非线性和光-机耦合在产生光-机纠缠和压缩传输微波场方面起着重要作用。我们发现，在适度的热退相干的机械模式的存在下，可以实现强压缩的微波场和强大的光机纠缠。我们还讨论了超导量子比特与纳米机械振荡器的耦合对平均光子数双稳行为的影响。
2014-01-31 quant-ph
Cavity electromechanics with parametric mechanical driving
在过去的几年中，微波光机械电路已被证明是非常powerfool工具，探索宏观机械振荡器的基础物理，以及作为有前途的候选人，为新的芯片上的量子限制微波器件。在迄今为止的大多数实验中，机械振荡器要么被用作无源器件元件，其位移使用超导腔来检测，要么由腔内场来操纵。在这里，我们探讨了直接和参数化操纵腔机电系统的机械纳米梁谐振器的可能性，这为微波光机械设备的工具箱提供了额外的功能。除了使用腔作为干涉仪来检测参数调制的机械位移和压缩热机械运动，我们证明了纳米梁谐振频率的参数调制可以实现腔内微波光子的相敏参量放大器。与使用机电电路的许多其他微波放大方案相比，所提出的技术允许机械元件的同时冷却，这可能使这种类型的光机械微波放大器成为量子限制的。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum interference of electromechanically stabilized emitters in nanophotonic devices
远距离物质量子比特之间的光子介导耦合可以实现长距离的安全通信，分布式量子计算方案的实现，以及多体量子动力学新机制的探索。耦合到固态量子发射器的纳米光子器件代表了实现这些目标的一种有前途的方法，因为它们结合了强的光-物质相互作用和高的光子收集效率。然而，这些方法的可扩展性受到固态发射器之间的频率失配及其光学跃迁的不稳定性的限制。在这里，我们提出了一个纳米机电平台的稳定和调整的光学跃迁的硅空位（SiV）的颜色中心在金刚石纳米光子器件通过动态控制其应变环境。这种基于应变的调谐方案具有足够的范围和带宽，以减轻各个SiV中心之间的光谱失配。使用应变，我们确保色心光学跃迁之间的重叠，并通过测量从金刚石波导收集的光子的相关性来观察纠缠的超辐射态。这个用于调谐纳米光子波导和谐振器中光谱稳定色心的平台构成了迈向可扩展量子网络的重要一步。
2019-02-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum electromechanics of a hypersonic crystal
工程结构内的辐射压力最近已被用于耦合纳米机械物体的运动，具有高灵敏度的光学和微波电磁场。在这里，我们展示了一种形式的机电晶体耦合微波光子和高超音速声子嵌入的真空间隙电容器的超导谐振器内的声子晶体声腔。利用双光子共振条件有效的微波泵浦和声子带隙屏蔽，以消除声辐射，我们证明了大的合作耦合（$C \approx 30$）之间的一对电谐振在$10$ GHz和一个声谐振在$0.425$ GHz。声子占有率的电读出表明，高超音速声学模式具有$2.3$ ms的内禀能量衰减时间，并且在$10$ mK的冰箱温度下接近其量子基态运动（占有率$1.5$）。这种机电换能器被设想为混合量子线路架构的一部分，能够与超导量子比特和光学光子两者接口。
2018-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extractable work in quantum electromechanics
最近的实验已经证明了在悬浮的碳纳米管中产生相干机械振荡，其由通过高于一定电压阈值的装置的电流驱动，与激光跃迁非常类似。我们从工作提取的角度研究这种现象，通过将纳米机电设备建模为量子飞轮或电池，将电能转换为存储的机械能。我们引入了一个微观模型，定性地匹配的实验结果，并计算在其非平衡稳态的量子振动模式的维格纳函数。本文用两种方法来定量非平衡态量子热力学中的功沉积：各向同性和非平衡态自由能来确定自持振荡的阈值。我们发现，各向异性作为一个序参量的声子激光跃迁。我们用来描述功提取的框架是通用的，并且可以广泛地转移到其他介观量子器件。
2022-01-25 quant-ph
Superconducting Circuitry for Quantum Electromechanical Systems
超导系统在推动机械传感前沿的实验中有着悠久的历史。这包括应用和基础研究，目前的范围从量子计算研究和努力探索普朗克尺度物理学的基础研究的性质的运动和量子限制，我们的能力来衡量它。在本文中，我们首先提供了一个简短的历史超导电路和设备的作用，在机械传感，主要集中在过去十年的努力，推动量子力学的研究，包括在人造结构的规模运动。这一背景为论文的其余部分奠定了基础，论文的重点是结合超导量子位（qubit）、超导传输线谐振器和弯曲纳米机械元件的量子机电系统（QEMS）的发展。除了提供这些系统的物理行为的动机和相关的背景，我们讨论了我们最近的努力，开发一种特定类型的QEMS的基础上的库珀对盒（CPB）和超导共面波导（CPW）腔，一个系统，它有可能作为一个试验台，用于研究工程系统中的运动的量子特性。
2015-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust continuous-variable entanglement of microwave photons with cavity electromechanics
研究了由两个超导共面波导腔（CPWC）电容耦合纳米机械谐振器（MR）构成的电路腔机电系统中稳健光子纠缠的可控产生。我们表明，与此机电系统，双模连续变量纠缠腔光子可以确定性地通过相干控制系统的动力学，或通过耗散量子动力学过程。第一个方案，在强耦合制度，探讨了腔Bogoliubov模式的激发，是不敏感的初始热噪声。第二个是基于工程的方法，利用机械耗散作为一个有用的资源来执行两个离域腔Bogoliubov模式的基态冷却。在这两种方案中实现的纠缠量是由有效机电耦合强度的相对比率决定的，因此可以进行调整，并使其比以前的研究大得多。
2013-09-19 quant-ph
Detecting quantum-coherent nanomechanical oscillations using the current-noise spectrum of a double quantum dot
我们考虑一个纳米机械谐振器耦合到一个双量子点。我们演示了如何通过双量子点的有限频率电流噪声谱可以用来区分附近的纳米机电谐振器中的经典和量子行为。我们还展示了如何全频电流噪声谱上的组合双量子点谐振器的能量谱的重要信息。最后，我们指出了腔的量子态被压缩的区域，并研究了互相关的电子-声子电流噪声。
2008-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Capacitive Coupling of Two Transmission Line Resonators Mediated by the Phonon Number of a Nanoelectromechanical Oscillator
考虑到与其他元素的弱相互作用和现有的技术，在纳米尺度下检测机械系统中的量子特征是一项具有挑战性的任务。在这里，我们描述了两个单模传输线谐振器（TLR）介导的纳米机电振荡器的振动之间的相互作用可以被描述。该方案，然后采用量子非爆破检测的数量的声子在纳米机电振荡器通过一个TLR的输出中的直流测量。为了使其成为可能，TLR之一内部的未耗尽场用作机械谐振器和其余TLR之间的相互作用的放大器。我们还展示了如何利用该系统的非经典性质来产生三方纠缠和有条件的机械相干叠加态，这可以进一步探索检测过程。
2014-05-05 quant-ph
The Jahn-Teller instability in dissipative quantum electromechanical systems
我们考虑谐振子与二能级系统（量子比特）的强耦合稳态，以至于不能进行旋转波近似。这个模型的哈密尔顿版本被称为$E\otimesβ$ Jahn-Teller模型。这个系统的半经典版本表现出一个不动点分岔，在量子模型中，这导致了一个基态，在振荡器和量子比特之间有大量的纠缠。我们发现，动力学分岔生存在一个耗散的量子描述的系统，在一个更丰富的分岔结构。我们提出了两个实验实现这个模型的基础上超导腔：参数驱动的非线性纳米机械谐振器耦合电容器的共面微波腔和超导结的中心导体的共面波导。
2009-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Powering an autonomous clock with quantum electromechanics
该研究理论分析电子隧穿驱动的纳米机电自振荡时钟，通过电流自相关与 Allan 方差揭示滴答相关性对计时精度的提升。
2024-03-05 quant-ph
Autonomous oscillations in quantum electromechanics: tensor network treatment
Universidad de Murcia（穆尔西亚大学）；Trinity College Dublin（都柏林圣三一学院）；King’s College London（伦敦国王学院）
本文提出张量网络框架，结合振动模式的二进制表示与介观储层嵌入，无需实时传播即可描述纳米电机械系统中由输运诱导的自持振荡，并揭示了强电机械反作用、非绝热振荡器动力学和能量相关电子隧穿过程竞争下的振荡行为。
2026-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
A fluxonium qubit-based hybrid electromechanical system
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本文研究了一种基于磁通量onium量子比特的混合电磁机械系统，通过优化设计参数，展示了在磁通量摩擦点附近实现强共振单光子耦合的可行性，并分析了不同耦合条件下系统动态，发现了纵向区域的电磁诱导透明（EIT）特征和横向区域的模式分裂现象，同时展示了通过机械谐振子的边带冷却实现两个子系统的基态准备的可能。
2026-06-04 quant-ph
Electrically driven quantum light emission in electromechanically-tuneable photonic crystal cavities
确定性耦合到光子晶体环境的单个量子点构成了下一代量子光子电路中产生和操纵单光子的不可或缺的基本单元。到目前为止，通过使用需要庞大的片外激光器的光泵浦策略以及缺乏控制纳米腔和发射器能量的方法，已经阻止了完全集成芯片上这些量子节点数量的缩放。在这里，我们同时克服了这些限制，通过演示电注入单激子线内的纳米机电可调光子晶体腔。当使电驱动的点线与光子晶体模式共振时，其发射速率增强。反聚束实验揭示了这些按需源在电信范围内发射的量子性质。这些结果代表了在实现集成量子光学实验中向前迈出的重要一步，该实验具有嵌入在可重构半导体架构中的多个电触发Purcell增强单光子源。
2017-10-08 physics.optics quant-ph
High fidelity quantum state transfer in electromechanical systems with intermediate coupling
混合量子系统通常由两个或多个子系统组成，它们可以利用不同系统的优点。近年来，由电路机电子系统组成的混合系统由于其先进的制造工艺和可扩展的集成光路技术而引起了人们的极大关注。在这里，我们提出了一个方案，高保真量子态转移之间的超导量子比特和金刚石中的氮空位中心，这是耦合到超导传输线谐振器的耦合强度$g_1$和纳米机械谐振器的耦合强度$g_2$，分别。同时，两个谐振器以耦合强度$J$参数耦合。系统动力学，包括退相干效应，数值研究。研究发现，在技术进步之前，这种混合系统的小耦合区（$J \ll \{g_1, g_2\}$）和大耦合区（$J \gg \{g_1, g_2\}$）都不能支持高保真度的量子态转移。然而，在中间耦合机制（$J \sim g_1 \sim g_2$）中，与传统观点相反，可以实现高保真度量子信息传输，提供了在类似耦合谐振器系统中实现高保真度量子态传输的有希望的途径。
2014-08-29 quant-ph
