Beyond linear coupling in microwave optomechanics
我们探讨了腔光机系统的非线性动力学。我们的实现包括一个鼓面纳米机电谐振器（NEMS）耦合到一个微波腔，允许一个近乎理想的平台来研究纯粹由于辐射压力物理所产生的非线性。实验是在强微波斯托克斯泵浦下进行的，该泵浦触发机械自持振荡。我们分析的结果在一个扩展的非线性光学力学理论的框架，并表明，二次和三次耦合项的光学力学哈密顿必须考虑。定量协议的测量得到考虑只有真正的几何非线性：没有热光不稳定性观察，与激光驱动的系统相比。基于这些结果，我们描述了一种方法来量化的微波光机器件的非线性特性。这种技术现在在量子电动力学工具箱中可用，但完全通用，对于开发新方案是强制性的，其中高阶耦合项被提出作为新资源，如量子非破坏测量，或在寻找新的基本量子签名时，如量子引力。我们还发现，该运动在微波输出场中留下了一个宽梳极窄的峰，这也可以在特定的基于微波的测量中利用，可能仅受基态冷却NEMS设备的光场和机械场的量子噪声的限制。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-to-optical transduction using a mechanical supermode for coupling piezoelectric and optomechanical resonators
超导量子线路在局部操纵量子信息方面的成功以及光子学技术在长距离传输量子信息方面的成功已经激发了人们对量子换能器的开发的兴趣，该量子换能器用于在微波和光学域之间进行光子的高效、低噪声和双向频率转换。我们建议实现这样的功能，通过耦合的电气，压电，光机械谐振器。机械子系统的耦合使得能够形成谐振机械超模，该谐振机械超模向微波域和光学域两者提供机械介导的有效单一界面。转换过程中进行了分析，通过应用一个等效电路模型，涉及到设备级参数的转换效率$η$和增加的噪声$N$的整体品质因数。这些可以通过换能器与输入微波传输线的适当阻抗匹配来进一步增强。潜在的换能器的性能进行评估，通过有限元模拟，重点是在GaAs的几何形状，其次是考虑的AlN，铌酸锂$_3$，和AlN上的Si平台。我们提出了最大化$η$和最小化$N$的策略，并发现同时实现$η>50~\%$和$N < 0.5$应该是可能的与当前的技术。我们发现，使用机械超模介导的转导是一个关键的高效操作，特别是当配对一个适当的微波阻抗匹配网络。我们对整个转导链的全面分析使我们能够勾勒出实现高性能量子换能器的发展路径，这将构成量子信息科学的宝贵资源。
2020-01-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Microwave Optomechanically Induced Transparency and Absorption Between 250 and 450 mK
在微波光机械系统中，机械谐振器通过辐射压力耦合到微波谐振腔，可以制成高质量的微波放大器和陷波滤波器。这些放大器和滤波器分别依赖于光机械诱导透明（OMIT）和吸收（OMIA）。这种器件可以放大微波信号，具有大的可控增益、高动态范围和非常低的噪声。此外，可以用这种技术构造极窄带滤波器。我们简要回顾了以前的测量微波OMIT和OMIA之前，我们自己的测量这些现象，其中包括一个更大的参数空间比以前的作品中已经探索。特别地，我们改变探测频率、泵浦频率、泵浦方案（红色或蓝色）、探测功率、泵浦功率和温度。我们发现我们的测量和输入/输出理论的预测之间非常吻合，从而指导进一步发展的微波器件的基础上纳米力学。
2022-01-30 quant-ph
Microwave-controlled optical double optomechanically induced transparency in a hybrid piezo-optomechanical cavity system
提出了一种在压电-光机械混合腔系统中产生微波控制的光学双光机械诱导透明（OMIT）的方案，该方案将压电光机械晶体AlN-纳米梁谐振器置于超导微波腔中，AlN-纳米梁谐振器可以同时被通过辐射压力产生的光场和通过压电相互作用产生的微波场驱动.结果表明，在强泵浦光场通过光波导作用于光机晶体谐振腔，强激励微波场作用于超导微波谐振腔的情况下，在弱输出探测场中可以观察到双OMIT窗口。其机理是该系统可形成N型四能级系统，当相应能级上施加两个驱动场和一个探测场时，在不同能级通道间的量子干涉作用下，三阶非线性吸收被相长量子干涉增强，而线性吸收被相消量子干涉抑制，结果，产生双OMIT窗口。我们的方案可用于实现固态量子系统中的高速光开关、高分辨率光谱学、相干布居数俘获或量子信息处理。
2018-07-03 quant-ph
Optomechanical circuits for nanomechanical continuous variable quantum state processing
我们提出并分析了一种纳米机械架构，其中光用于在一组许多振动模式上执行线性量子操作。适当的振幅调制的单个激光束被示出产生压缩，纠缠，和状态之间的转移模式，根据其机械振荡频率被选择。目前基于光子晶体的光机器件为实现这一方案提供了平台。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangling two microwave modes via optomechanics
我们在理论上提出了一个由机械谐振器、光学法布里-珀罗腔和两个超导微波电路组成的混合系统，在两个微波模之间产生稳态连续变量的量子纠缠。结果表明，在实验可及的参数范围内，该混合系统也可以实现其他两体子系统的量子纠缠，这在量子信息处理和量子照明雷达中具有潜在的应用价值.
2019-11-14 quant-ph
Realizing a Circuit Analog of an Optomechanical System with Longitudinally Coupled Superconducting Resonators
通过纵向耦合两个频率相差一个数量级的超导谐振器，实现了通用腔光力学哈密顿量的超导电路模拟。我们通过在高频谐振腔中嵌入超导量子干涉器件（SQUID），使其谐振频率依赖于附近低频LC谐振腔的零点电流波动，从而实现纵向耦合。通过采用边带驱动场，我们通过控制驱动场的幅度来增强约15 kHz至280 kHz的固有耦合强度。我们的研究结果为在完全超导平台上探索光机械效应铺平了道路，并可以在尚未探索的射频波段进行光子量子光学实验。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intermittency in an Optomechanical Cavity Near a Subcritical Hopf Bifurcation
实验研究了超导微波传输线谐振腔中嵌入振荡机械谐振器的光机械谐振腔。机械谐振器和微波腔之间的可调谐光机械耦合是通过在机械谐振器上方放置一根镀铱的单模光纤来引入的。机械谐振器和涂层光纤之间的电容引起光机械耦合，这可以通过改变光纤-谐振器距离来控制。我们研究了辐射压力引起的自激振荡作为微波驱动参数（频率和功率）的函数。极限环和稳态行为之间的间歇性观察与蓝色失谐的驱动频率。实验结果是占一个模型，该模型考虑到达芬类非线性的微波腔。一个稳定性分析揭示了一个亚临界的Hopf分岔附近的区域，观察到的不稳定性。
2014-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Synchronization in microwave optomechanical circuits via coupling engineering to a common environment
本文利用公共环境诱导的非厄米耦合与可调厄米耦合，在机械隔离的微波光机械谐振器间实现非互易同步，并可通过超导电路可控切换同步状态。
2025-01-09 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
Topological lattices realized in superconducting circuit optomechanics
腔光学力学能够通过辐射压力相互作用控制机械运动，并有助于工程机械系统的量子控制，从kg级LIGO反射镜到纳米机械系统，实现基态制备，纠缠，机械物体的挤压，在标准量子极限和量子转换的位置测量。然而，几乎所有的现有方案都采用单模或少模光学机械系统。相比之下，新的动力学和应用时，预期利用光机械晶格，这使得能够合成非平凡的能带结构，并已在电路QED领域的积极研究。超导微波光机电路是实现这种晶格的一个有前途的平台，但受到严格的缩放限制。在这里，我们克服了这一挑战，并证明拓扑微波模式在1D电路光机链实现苏-施里弗-海格尔（SSH）模型。此外，我们实现了应变石墨烯模型在二维光机械蜂窝晶格。利用嵌入式光机相互作用，我们表明，它是可以直接测量的模式函数的杂交模式，而不使用任何本地探针。这使我们能够重建完整的基础晶格哈密顿量，并直接测量现有的剩余无序。这种光机晶格，伴随着测量技术的介绍，提供了一个途径，探索集体，量子多体，淬火动力学，拓扑性质，更广泛地说，新兴的非线性动力学在复杂的光机系统与大量的自由度。（关键词：量子光学力学，超导电路机电）
2022-08-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Quantum-limited directional amplifiers with optomechanics
定向放大器是量子信息处理中的重要资源，因为它们保护敏感的量子系统免受过量噪声的影响。在这里，我们提出了一种实现的相位保持和相位敏感的定向放大器的微波信号的机电设置包括两个微波腔和两个机械谐振器。我们表明，两者都可以达到各自的量子极限增加的噪音。在相反的方向上，它们会发出来自机械谐振器的热噪声，我们将讨论如何抑制这种噪声，这是技术应用的一个关键方面。两者的隔离带宽都是机械线宽除以幅度增益的数量级。我们推导出这两种放大器的带宽和增益带宽积，发现相敏放大器具有无限的增益带宽积。我们的研究是迈向灵活的，片上集成微波信号非互易放大器的重要一步。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Microwave--Optical entanglement in a Strongly Coupled Electro-Optomechanical System
在微波-光纠缠的条件下，可以通过量子隐形传态实现微波-光之间的量子转换，即基于纠缠的量子转换。为了实现该协议，需要一个在两个频率之间具有高保真度的纠缠源。本文研究了强耦合条件下基于一般腔电光机械系统的微波与光纠缠的产生。在微波和光输出谱中显示了分裂，并且量化了两个模式之间的频率纠缠。我们证明了纠缠可以直接编码在频点自由度中，并提出了一个可行的实验来验证纠缠光子对。系统地分析了实验实现，并确定了较好的参数制度的纠缠验证。给出了一个不等式作为纠缠验证的判据，并分析了实际中的缺陷。
2020-01-16 quant-ph
Nonreciprocal reconfigurable microwave optomechanical circuit
实现非互易微波传输的器件在雷达和射频通信系统中无处不在，并且通常依赖于磁偏置铁氧体材料。这种器件在超导量子线路的读出链中也是不可或缺的，因为它们保护敏感的量子系统免受读出电子器件发出的噪声的影响。由于基于铁氧体的非互易器件体积大、有损耗并且需要大的磁场，因此人们对无磁场的片上替代方案（例如最近使用约瑟夫森结实现的那些）产生了极大的兴趣。在这里，我们实现了可重构的非互易传输两个微波模式之间使用纯粹的光机械相互作用的超导机电电路。我们分析了这种非互易电路的传输特性和噪声特性。该方案依赖于介导微波腔之间耦合的两个机械模式中的干涉。最后，我们展示了如何量子限制循环器可以实现相同的原则。该技术可以在没有任何外部磁场的情况下构建在芯片上，因此与超导量子线路完全兼容。这里展示的所有光力学介导的非互易性也可以扩展到实现定向放大器，并且它形成了实现光和声的拓扑状态的基础。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nonreciprocal State Conversion between Microwave and Optical Photons
光机械量子接口可以用来连接混合量子网络中具有明显不同频率的系统。本文提出了一种通过光机械界面实现微波与可见光之间非互易量子态转换的方案。通过引入辅助腔和控制线性化光机械耦合之间的相位差，可以实现单向状态传输。该接口可以用作隔离器、循环器和双向开关，将输入状态路由到选定的输出通道。我们表明，在一个广义的阻抗匹配条件下，状态转换可以达到高保真度，并对机械模式的热波动是强大的。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit analog of quadratic optomechanics
我们提出了一个超导电路，模拟二次光机系统。放置在两个传输线（TL）谐振器之间的电容器就像一个半透明膜，而终止TL谐振器的超导量子干涉器件（SQUID）就像一个可移动的镜子。结合这些电路元件，可以模拟二次光机械耦合，其耦合强度由耦合电容和通过SQUID的可调偏置通量确定。使用现实的参数估计表明，可以实现耦合强度的改善，从已经观察到的膜中的中间腔光学机械系统的五个数量级。这导致实现二次光力学的强耦合制度的可能性。
2014-12-22 quant-ph
Microwave-Optical Entanglement from Pulse-pumped Electro-optomechanics
本文提出利用蓝失谐脉冲高斯泵浦驱动的电光力学系统，通过弱参量下转换产生微波-光学光子对纠缠，验证了时间箱自由度下的贝尔不等式违背，并证明脉冲泵浦系统在保持合理符合计数率的同时降低了激光加热效应。
2024-07-26 quant-ph
Release-free electro-optomechanical crystal modulator
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种结合硅中强光机械相互作用和铌酸锂高效压电效应的无释放电光机械转换器，实现了量子级别的电光机械耦合，为实用的微波-光接口提供了新途径。
2026-05-19 physics.optics quant-ph
Quantum transducer in circuit optomechanics
机械谐振器是一种具有巨大潜力的宏观量子物体。它们耦合到许多不同的量子系统，如自旋、光子、冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体。然而，由于量子体系中的微小运动，测量和操纵声子态是困难的。另一方面，微波谐振器是强大的量子器件，因为任意的光子态可以合成和测量与量子层析成像。我们发现，一个线性耦合，强大的和控制的门电压，机械和微波谐振器之间，使创建量子声子态，操纵声子和光子之间的混合纠缠，并产生两个机械振荡器之间的纠缠。在电路量子光力学中，机械谐振器充当辅助量子系统和微波谐振器之间的量子换能器，微波谐振器用作量子总线。
2012-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient bidirectional piezo-optomechanical transduction between microwave and optical frequency
微波和光频之间经典信息和量子信息的有效相互转换是一个重要的工程挑战。由于普通材料的大的光机械响应以及将机械能局部化到微米级体积中的能力，具有千兆赫频率机械装置的光机械方法具有非常有效的潜力。然而，现有的演示遭受低光学品质因数、低电-机械转换效率和低光-机械相互作用速率的某种组合。在这里，我们展示了一个片上压电光学机械传感器，系统地解决所有这些挑战，实现近三个数量级的提高转换效率比以前的工作。我们的调制器演示了声光调制与$V_π = {0.02}$ V。我们显示了双向转换效率的$10^{-5}$与${3.3}$微瓦红失谐光泵，和$5.5\%$与$323$微瓦蓝失谐泵。需要进一步研究毫开尔文温度下的量子转导，以了解效率和增加的噪声如何受到机械耗散，热导率和热容降低的影响。
2019-09-10 physics.optics quant-ph
Diamond optomechanical cavity with a color center for microwave-to-optical quantum interfaces
本文提出一种基于金刚石光机晶体腔与色心强耦合的高效微波-光学量子转导方案，理论转换效率达15%，为量子网络提供关键接口。
2023-10-17 quant-ph
Reversible optical-microwave quantum conversion assisted by optomechanical dynamically-dark modes
提出了一种在电光力学模型下实现微波光子与可见光光子可逆量子转换的动态暗模方案。结果表明，在EOM模型的动力学演化过程中，两个DDM在一定的时间出现。结果表明，DDM可以在微波场和光场之间诱导两种可逆的高效量子转换：条件量子转换（CQC）和纠缠辅助量子转换（EAQC）。CQC发生在微波场和光场之一的初态平均值为零的条件下，并且仅取决于所考虑系统的耦合比。EAQC发生在微波场与光场之间存在初始纠缠的情况下。研究发现，通过改变初始纠缠度和耦合比，可以实现对EAQC的调控。结果表明，通过控制初态参数的相位，可以实现纠缠增强（或抑制）的量子转换。我们的工作突出了DDM在微波和光子之间产生可逆和高效量子转换的能力。
2021-05-26 quant-ph
Overwhelming thermomechanical motion with microwave radiation pressure shot noise
我们测量的基本噪声过程与一个连续的线性位置测量的微机械膜纳入微波腔光机械电路。我们观察到的权衡之间的两个基本来源的噪声，执行标准的量子限制：测量的不精确性和辐射压力的光子散粒噪声的反作用。我们证明，量子反作用的测量可以压倒固有的热运动的24分贝，进入一个新的制度腔光机械系统。
2015-08-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum capacitance mediated carbon nanotube optomechanics
腔光学力学允许振动模式的表征，其冷却和使用电磁场的量子操纵。单壁碳纳米管是纳米力学和电子学性质的典型实验系统。在低温下，作为高品质因数的振动谐振子，它们表现出运动与单电子隧穿之间的强相互作用。在这里，我们展示了悬浮的碳纳米管量子点和微波腔体的大的光机耦合，通过库仑阻塞的非线性放大了几个数量级。从光机械诱导透明（OMIT）实验，我们获得了高达$g_0=2π\cdot 95\,\textrm{Hz}$的单光子耦合。这表明，在不久的将来，在量子极限下的碳纳米管振动的简正模分裂和完全光机械控制是可以实现的。通过微波场的机械操纵和表征可以通过量子限制单电子器件的多种物理来补充。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave single-photon detection using a hybrid spin-optomechanical quantum interface
针对微波光子能量低难以直接探测的问题，提出嵌入SiV中心的混合自旋-光机械界面方案，将光学探测拓展至微波域，模拟实现90%以上真阳率与10%以下假阳率，为高效低噪微波单光子探测提供可行路径。
2025-01-17 quant-ph
Instabilities near ultrastrong coupling in microwave optomechanical cavity
本文在超导腔-机电器件中实现接近超强耦合的机械极化激元分裂，系统观测并建模了随泵浦参数变化的丰富不稳定动力学及混沌行为。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast feedback control of mechanical motion using circuit optomechanics
本文在电路光机电系统中实现基于测量的机械振子反馈冷却，将热噪声降至3个量子，并在无反馈时不稳定的蓝光力学边带泵浦条件下实现显著冷却。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bypassing the filtering challenges in microwave-optical quantum transduction through optomechanical four-wave mixing
本文提出利用光机四波混频过程实现微波-光学量子转换，通过消耗成对泵浦光子产生与泵浦频率大幅分离的输出光子，从而绕过传统三波混频方案中难以实现的窄带高消光比滤波挑战。
2024-09-27 physics.optics quant-ph
Optomechanical-like coupling between superconducting resonators
我们提出并分析了一个电路，实现了两个超导微波谐振器之间的非线性耦合。谐振器通过终止谐振器之一的超导量子干涉器件（SQUID）耦合。这在标准光学机械形式上产生非线性相互作用，其中一个谐振器的正交耦合到另一个谐振器的光子数。因此，该电路允许模拟光机械系统的全电实现，耦合可以是强的和可调的。我们估计的耦合强度，应该与拟议的设备，我们发现，该设备是一个很有前途的候选人实现单光子强耦合制度。作为一个潜在的应用，我们讨论了非线性耦合微波谐振器网络的实现，它可以用于微波-光子的量子模拟。
2014-03-18 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
Generalized nonreciprocity in an optomechanical circuit via synthetic magnetism and reservoir engineering
合成磁性已被用于控制电荷中性激发的应用范围从经典的光束转向量子模拟。在光力学中，辐射压力诱导的光学（光子）和机械（声子）激发之间的参数耦合可以用来打破时间反演对称性，为合成磁性提供先决条件。在这里，我们设计和制作了一个硅光机械电路与两个光机械腔之间的光学和机械连接。用相位相关的激光驱动两个腔导致合成的磁通量，其与机械浴的耗散耦合相结合，导致具有35 dB隔离的光子的非互易传输。此外，使用蓝色失谐光的光泵浦表现为光子和声子之间的粒子非守恒相互作用，导致在隔离器直通方向上的12dB的定向光放大。这些结果表明，利用光机械电路，以创建一个更一般的类的非互易光学器件的可行性，并进一步，使新的拓扑相位的光和声音的微芯片上。
2016-08-11 physics.optics quant-ph
Optomechanically induced transparency, absorption, and conversion between slow and fast light in a generalized cross-Kerr optomechanical circuit
本文提出一种由两个单库珀对晶体管与微波LC谐振器及两个微机械谐振器构成的混合光机械电路，通过交叉克尔等非线性耦合实现可调光机械诱导透明与吸收，并实现慢光与快光之间的可调切换。
2025-08-21 quant-ph
Lithium Niobate Piezo-optomechanical Crystals
演示一种有效连接光、运动和微波的设备是经典和量子光子学的一个突出挑战。我们在这个方向上取得了重大进展，展示了一个光子晶体谐振器上的薄膜锂离子电池（LN），同时支持高- $Q$光学和机械模式，其中的机械模式压电耦合到微波。对于光机耦合，我们利用LN的光弹效应，通过优化器件参数来实现耦合率$g_0/2π\approx 120~\textrm{kHz}$。实现了导致声子激光的光机械协同性$C>1$。纳米谐振器上的电极压电地驱动光束上的机械波，然后光学地读出，允许直接观察声子带隙。测量了$η\approx10^{-8}$从输入微波端口到局部机械谐振的量子耦合效率。微波电路和电极几何形状的改进可以提高这种效率，并使集成超低功耗调制器和量子微波-光转换器更接近现实。
2019-03-03 physics.optics quant-ph
Self-sustained optomechanical state destruction triggered by the Kerr nonlinearity
本研究在低温微波腔光力学系统中发现，Kerr非线性触发的光学不稳定性会导致微波共振不可逆破坏，需功率重置恢复，理论定量再现实验，为量子微波电路提供新资源。
2024-10-16 cond-mat.mes-hall 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
Design of a release-free piezo-optomechanical quantum transducer
针对悬浮式压电光机械换能器热锚定差及噪声-效率权衡问题，提出一种基于蓝宝石上硅的无释放型换能器设计，利用高波矢机械模式提升热锚定与相干性，并适用于低功率声光系统。
2024-08-27 physics.optics quant-ph
Multimode circuit optomechanics near the quantum limit
不同系统的耦合是几乎所有物理现象及其应用的基础。一个基本的例子是相互作用的谐振子，它产生了例如晶格中的声子本征模。特别重要的是由不同自由度组成的混合量子系统中的相互作用。这些组件可以在未来的量子技术中结合各自的优势。在这里，我们研究了一个混合光学机械系统具有三个自由度，由一个微波腔和两个微机械梁与紧密间隔的频率约32 MHz，没有直接的相互作用。我们记录的第一个证据，三方光机械混合，这意味着本征模式的组合，一个光子和两个声子模式。我们确定了一个不对称的暗模式具有较长的寿命。同时，我们操作的近宏观力学模式接近运动的量子基态，下降到1.8热量子，实现了反作用冷却。这些结果构成了工程纠缠运动态的重要进展。
2012-05-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coherent Magneto-Optomechanical Signal Transduction and Long-Distance Phase-Shift Keying
能够将以微波形式存储的量子信息转换为电信波长信号的传感器是未来量子技术的关键部分，因为它有望实现量子处理器的联网。在这方面，同时耦合到微波场和光学谐振的腔光学机械装置正在被追求。然而，即使在经典的制度，发展光调制器的基础上，腔光学力学可以提供更低的功率或更高的带宽替代目前的技术。在这里，我们展示了一种磁介导的波长转换技术，基于混合高频音调与光机械扭转谐振器。根据实验配置，该过程可以充当光学相位或振幅调制器，并且载波调制总是与输入音调相干。这种相干性允许通过相移键控技术进行经典的信息转换和传输。我们证明，我们可以编码多达8个箱的信息，对应于3位，同时和演示传输的52,500像素的图像超过6公里的光纤只有0.67%的错误。此外，我们表明，磁光机械转导可以描述在一个完全量子的方式，这意味着这是一个可行的方法，在单量子水平的信号转导。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electro-optomechanical equivalent circuits for quantum transduction
利用光学机械学的技术，高$Q$机械振荡器可以作为频率差异很大的电磁模式之间的链接。这种方法已成功地用于经典信号的频率转换，并具有在超导电路和行进的光信号之间执行量子态转移的潜力。这种换能器通常在线性状态下操作，其中混合系统可以使用基于Heisenberg-Langevin方程的线性响应理论来描述。虽然在数学上很容易解决，但这种方法对混合系统的动力学几乎没有直观的了解，无法帮助优化换能器。作为这样的电光机械传感器的分析和设计工具，我们介绍了一个等效电路形式主义，整个传感器是由一个电路。因此，我们将光学机械系统的转换功能集成到电气工程的工具箱中，允许使用其成熟的设计技术。这种统一的阻抗描述可以应用于静态（DC）和谐波变化（AC）驱动场，适应任意线性电路，并且不限于解析边带制度。此外，通过建立等效电路的量子化输入输出形式，利用电路分析方法得到了线性换能器的散射矩阵，从而对换能器进行了完整的量子力学表征。因此，整个换能器到电气工程语言的这种映射既揭示了换能器如何执行，同时也可以通过帮助设计合适的电路来优化其性能。
2018-06-14 physics.optics quant-ph
Nonclassical microwave radiation from the parametric dynamical Casimir effect in the reversed-dissipation regime of circuit optomechanics
University of Isfahan（伊斯法罕大学）；Center of Quantum Science and Technology, University of Isfahan（伊斯法罕大学量子科学与技术中心）；Department of Physics, College of Science, University of Tehran（德黑兰大学理学院物理系）；Quantum Remote Sensing Lab, Quantum Metrology Group, Iranian Center for Quantum Technologies（伊朗量子技术中心量子计量组量子遥感实验室）；Quantum Optics Group, Department of Physics, University of Isfahan（伊斯法罕大学物理系量子光学小组）；Laboratory of Photonics and Quantum Measurement, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne（洛桑联邦理工学院光子学与量子测量实验室）；EDWATEC SA
该研究提出一种在反耗散 regime 中利用参数动态Casimir效应产生非经典微波辐射的光学机械学系统，通过Kerr非线性实现亚泊松统计和负威格纳函数等非经典特性。
2025-11-30 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 optomechanical straight-twin engine
我们提出了一个实现的量子热机的混合微波光机系统，是一个经典的直双引擎的模拟。它利用了一对极化子模式，作为异相量子奥托循环。在光场和微波场耦合中必不可少的第三极化激元模式保持在准暗模式中，以抑制来自机械噪声的干扰。我们还发现，从两个极化激元模式的总工作的贡献的波动的特征在于量子相关性，通常导致减少的可提取的工作相比，其经典版本。
2017-06-01 quant-ph
Quantitative calibration of a TWPA applied to an optomechanical platform
该研究针对微波光机械平台中的行波参量放大器（TWPA）开展定量校准，考虑其功率依赖性等特征并进行唯象拟合，实现声子布居的绝对定义，误差控制在±20%。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving photon blockade, entanglement and mechanical-cat-state generation in a generalized cross-Kerr optomechanical circuit
University of Isfahan（伊斯法罕大学）；Iranian Center for Quantum Technologies（伊朗量子技术中心）
该研究提出了一种改进广义交叉凯尔光学机械电路的方案，通过引入非线性耦合增强光子阻塞、纠缠和机械猫态生成，适用于量子传感与通信。
2023-12-11 quant-ph
Ultra-Strong Optomechanics Incorporating the Dynamical Casimir Effect
我们提出了一种超导电路，包括一个dc-SQUID与机械兼容的臂嵌入在一个共面微波腔，实现了一个光机械系统与退化或非退化的参数通过动态卡西米尔效应产生的相互作用。对于实验可行的参数，这种设置是能够达到单光子，超强耦合制度，同时拥有接近重整化腔频率的参数耦合强度。这为在单光子水平上观察这两种基本非线性之间的相互作用提供了可能性。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Efficiency Low-Noise Optomechanical Crystal Photon-Phonon Transducers
针对低温下光吸收热噪声限制光力学晶体重子转换器性能的问题，研究人员提出侧面耦合机械分离光波导的二维硅OMC谐振器方案，大幅降低加热速率，实现高转换效率与低附加噪声，推动量子极限微波光转换与光控量子声存储器发展。
2024-06-22 physics.optics quant-ph
Quantum transduction with microwave and optical entanglement
量子转换是指微波态与光态之间的相干转换，如果给定高保真度的微波-光纠缠，可以通过量子隐形传态实现，即基于纠缠的量子转换。可靠的微波-光学纠缠可以使用各种平台产生。本文基于压电光机系统，在量子信道理论的框架下，将隐形传态诱导转换方案具体化。通过比较基于纠缠的量子转换通道和传统的直接量子转换通道的量子容量，我们发现当直接量子转换通道的量子容量为零时，基于纠缠的量子转换方案确实存在正的转换速率。给出了两个压电光机系统，分别在连续变量和离散变量下研究了微波-微波纠缠交换的产生，展示了微波-微波量子隐形传态直接连接微波量子处理器的潜力.
2022-02-09 quant-ph
CMOS-fabricated ultraviolet light modulators using low-loss alumina piezo-optomechanical photonic circuits
针对现有光子平台紫外损耗高、有源氧化铝PIC热光调谐存在速度与密度等局限，研究提出基于氧化铝波导和氮化铝致动器的CMOS压电光机械PIC平台，实现了320nm波段高性能可重构滤波器。
2025-05-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Using interference for high fidelity quantum state transfer in optomechanics
我们重新讨论了使用机械谐振器在两个电磁腔（例如光学腔和微波腔）之间进行量子态转移的问题。我们表明，该系统具有一个有效的机械暗态，这是免疫机械耗散，利用这一功能，可以高效地转移腔内状态，以及巡回光子状态。我们提供了简单的解析表达式传输高斯和非高斯状态的保真度。
2011-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal light transmission via optomechanical parametric interactions
光或微波信号的非互易传输在涉及敏感测量的各种应用中是必不可少的。在本文中，我们研究了光机械诱导定向放大和隔离的一般设置，包括两个腔和两个机械振荡器，通过专门使用蓝色边带驱动音。由两个腔模式定义的输入和输出端口分别通过由两个机械谐振器介导的相干和耗散路径耦合。通过选择合适的传输相位和驱动场强度，可以在较低的热温度下实现定向放大器或隔离器，它们都表现出工作在两个镜像频率的双向非互易性。非互易器件可以通过光学和微波领域的光机械和机电装置来证明。
2021-10-21 quant-ph
Strong squeezing and perfect one-way EPR steering in electro-optomechanical system
本文提出在三模电光机械系统中，通过控制双色调谐和微波驱动实现微波场与机械模式的强压缩，并改变驱动功率产生光学腔与机械振荡器间的完美单向EPR操控，为量子信息处理提供新平台。
2025-07-10 quant-ph
Ultra-low loss piezo-optomechanical low-confinement silicon nitride platform for visible wavelength quantum photonic circuits
University of Arizona（亚利桑那大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文提出了一种超低损耗的低约束硅氮化物平台，用于实现可见光波长的高性能量子光子电路，解决了可扩展性和主动功能的挑战。
2026-08-31 physics.optics quant-ph
On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons
集成光子电路是光子量子技术和实现基于芯片的量子器件的关键部件。未来的应用需要灵活的架构来克服许多当前设备的常见限制，例如缺乏可调性或内置量子光源。在这里，我们报告的动态可重构集成光子电路，包括集成量子点（QD），马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和表面声波（SAW）换能器直接制造在单片半导体平台上。我们演示了片上单光子产生的量子点及其亚纳秒级的动态片上控制。两个独立应用的SAW压电光学机械地旋转MZI中的单光子或光谱调制QD发射波长。在MZI中，SAW压印了一个依赖于时间的光学相位，并将量子比特旋转调制到输出叠加态。这实现了频率超过1千兆赫的动态单光子路由。最后，量子点的动态单光子控制和光谱调谐的结合实现了输入光子态的波长复用和在输出端的解复用。我们的方法可扩展到多组件集成量子光子电路，并与混合光子架构和其他关键组件，例如光子谐振器或片上检测器兼容。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Parametric Amplification of an Optomechanical Quantum Interconnect
将超导量子比特连接到光纤需要将微波光子转换为光子。现代实验演示表明，微波谐振腔和光学腔之间的强耦合通过声子模式介导的机械振荡器。该范例换能实验受在电磁谐振器上具有恒定驱动振幅的理论效率的限制。通过在微波谐振腔和光学谐振腔中加入参量驱动，我们发现通过量子换能器的转换信号被放大，同时保持较低的附加噪声水平。基于量子光学的输入-输出形式，提出了一种驱动激光器时变控制的理论框架，并解析求解了控制信号参数驱动系统时的转换效率和附加噪声。我们的研究结果表明，更好的转导效率和较低的附加噪声在不同的参数制度相关的电流转导实验。
2022-10-15 physics.optics quant-ph
