Optomechanical quantum information processing with photons and phonons
我们描述了如何在多模光学机械系统中的强共振相互作用可以用来诱导单光子和声子之间的受控非线性耦合。结合光子和声子之间的线性映射方案，这些技术为各种经典和量子信息处理应用提供了通用的构建块。我们的方法特别适合于纳米光学机械设备，其中在单光子水平上的强光学机械相互作用在实验范围内。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal topological phononics in optomechanical arrays
我们提出了一个强大的和可调的非互易声子传输平台的基础上阵列的光学机械微环。在我们的方法中，时间反演对称性被光子自旋轨道耦合的相互作用打破，使用最先进的几何方法和光机械相互作用。我们证明了这个系统的拓扑保护的性质，通过调查其鲁棒性的缺陷。这种类型的系统可以在基于声子的信息存储和信号处理设备中找到应用。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon phonon entanglement in coupled optomechanical arrays
我们考虑一个阵列的三个光机械腔耦合可逆或不可逆的相互和计算量的纠缠之间的不同的光学和机械模式。我们发现该复合系统表现出腔间光子-声子纠缠。
2012-10-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Synthetic gauge fields for phonon transport in a nano-optomechanical system
规范场在凝聚态物质中扮演重要角色，例如解释非互易和拓扑输运现象。在纳米力学系统中建立声子输运的规范势将把量子霍尔物理带入一个新的领域，它在传感和信号处理中提供了广泛的应用，并且自然地与强非线性和热力学相关联。在这项工作中，我们展示了一个磁规范场的纳米机械振动在一个可扩展的，在芯片上的光学机械系统。我们利用多模光机相互作用，这提供了一个有用的资源，必要的时间反演对称性的破坏。在动态调制的纳米光子系统中，我们观察到辐射压力如何介导不同频率的谐振器之间的声子传输，具有高速率和特征非互易相位，模仿Aharonov-Bohm效应。我们表明，引入的计划不需要高质量的腔，这样它可以直接扩展到探索拓扑声学相位在多模式系统弹性现实的混乱。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hanbury Brown and Twiss interferometry of single phonons from an optomechanical resonator
纳米和微机械固态量子器件已成为人们关注的焦点。可靠地产生它们运动的非经典态对于解决宏观量子现象的基本问题和发展传感和转导领域的量子技术都是有意义的。我们利用量子光学控制技术，有条件地产生纳米机械谐振腔的单声子Fock态。我们进行了一个Hanbury Brown和Twiss型实验，验证了声子态的非经典性质，而不需要完整的状态重建。我们的结果建立了在单声子水平上的机械振荡器的纯光量子控制。
2018-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical modulation of coherent phonon emission in optomechanical cavities
光机结构非常适合研究光子-声子相互作用，它们也被证明是声子电路和量子计算的潜在构建模块。在声子电路中，信息由声子携带和处理，由于其优异的耦合效率，光机结构可以用作光子和电子的界面。在声子电路所需的组件中，这种结构可用于创建相干声子源和检测器。除了发射或检测之外的复杂功能仍然具有挑战性，在完整的网络中解决单个结构是一个巨大的挑战。在这里，我们提出并证明了一种方法来调制相干发射从光机械晶体通过外部光泵浦，有效地创建一个声子开关工作在环境条件下的压力和温度和工作速度（5 MHz）仅限于机械运动的光机械结构。我们还展示了另外两个开关方案：谐波开关，其中的机械模式保持活跃，但不同的谐波的光学力被使用，和切换到和从混沌政权。此外，这里提出的方法允许选择任何单个结构而不影响其周围环境，这是迈向自由可控的光机械声子发射器网络的重要一步。
2018-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sub-Poissonian Phonon Lasing in Three-Mode Optomechanics
我们建议利用耦合到机械振荡器的两个光学模式的光机系统中参数不稳定性的共振增强来制备具有亚泊松声子统计的机械态。不需要强的单光子耦合。边带分辨率、循环腔功率和环境温度等要求在现有光机晶体的技术参数范围内均能达到。声子反聚束效应可以在光机械腔输出场的Hanburry-Brown-Twiss测量中得到验证。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhanced photon-phonon coupling via dimerization in one-dimensional optomechanical crystals
我们表明，二聚化的光机械晶格，这导致折叠的能带图，可以耦合弯曲的机械模式，通过辐射压力的单位细胞内的光场。与目前实现的晶体相比，光子和声子之间的耦合有了很大的改善。为了实验验证，我们在硅光机械纳米梁腔中实现了二聚晶格，并测量了$g_0/2π=1.7MHz$在$λ_{c} = 1545nm$处的光学共振和在1.14 GHz处的机械共振之间的真空耦合率。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generation and detection of non-Gaussian phonon-added coherent states in optomechanical systems
在相干态上增加激发态是观察辐射场非经典性质的一种有效方法。本文描述和分析了如何将这一概念应用于机械振子的运动态，并提出了一个制备腔光力学中机械运动的非高斯{ \it声子}加相干态的完整方案。我们首先利用电磁感应透明产生一个机械相干态。然后，我们通过光机械参量下转换结合单光子探测将单个声子添加到相干态上。我们利用红失谐光束读出光输出场的态，验证了这种单声子相干态的存在。这种方法使我们能够验证声子态的非经典性质，如亚泊松特征和正交压缩。我们进一步表明，我们的计划可以直接使用现有的设备实现，是通用的性质，因此适用于各种系统的光机电。
2018-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fröhlich Condensate of Phonons in Optomechanical Systems
我们建议，光机系统可以是潜在的平台，以实现声子的Fröhlich凝聚。我们考虑一个一维阵列的膜耦合到腔场通过二次相互作用，腔是由外部激光泵浦。分析和数值计算结果预测，最低或最高的机械模式的高声子占有率是可以实现的，这取决于驱动激光的失谐，optomechnical强度，和温度。大量的膜可以在很大程度上抑制弗里希凝聚体的退相干。我们的研究结果揭示了窄线宽声子激光，能量转换/转移，和有效的多模冷却。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlinear optomechanical paddle nanocavities
非线性光机耦合是量子光机中许多潜在的未来实验的基础（例如，量子非破坏测量、非经典状态的制备），由于在典型的光学机械设备中的小的非线性，迄今为止这些技术难以实现。本文介绍一种强非线性光机耦合、低质量、大模间距的光机系统。该纳米级“桨状纳米腔”支持具有数百fg质量的机械共振，其以二次光机械耦合系数$g^{(2)} > 2π\times400$ MHz/nm $^2$和双声子到单光子光机械耦合速率$Δω_0 > 2π\times 16$ Hz非线性地耦合到光学模式。这种耦合依赖于强的声子-光子相互作用的结构，其光学模式谱是高度非简并的。在这些设备中的热驱动运动的非线性光学机械读出应该是可观察的T $> 50 $ mK，声子散粒噪声的测量是可以实现的。这表明，可以实现强非线性效应，而不依赖于近简并光学模式之间的耦合，从而避免了在两个模式系统中存在的寄生线性耦合。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical Dirac Physics
光学机械系统的最新进展可能很快允许实现光学机械阵列，即相互作用的光学和振动模式的周期性排列。我们发现蜂窝晶格上的光子和声子将产生一个光学可调的狄拉克型能带结构。在这样的系统中，传输可以表现出通过光学产生的屏障的传输，类似于克莱因隧穿，但具有光和声音之间的相互转换。此外，在样品边界处的边缘状态是色散的，并且能够控制光子-声子极化激元的传播。
2014-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical lasing and domain walls driven by exciton-phonon interactions
本文从理论上研究了强非线性条件下平面半导体纳米结构中光泵激子与声波的相互作用。我们开始与多模光机械激光制度的光泵频率{以上}激子共振和演示宽带混沌激光光谱。我们还预测形成的光机械非线性驱动的光泵激子共振{以下}的传播光机械畴壁。域壁的稳定性条件进行了分析研究，并与直接数值模拟。我们的结果适用于非线性声传播的量子阱阵列或在平面上的布拉格半导体微腔托管激子极化激元。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optomechanical generation of coherent GHz vibrations in a phononic waveguide
纳米声学具有信息传递的潜力，其方式类似于光子和电子对应物。声子系统的采用受到限制，这是由于与声子的产生、操纵和检测相关的困难，特别是在GHz频率下。现有技术通常需要具有外部射频激励的压电材料，这些压电材料不容易集成到现有的CMOS基础设施中，而非压电演示效率低下。在这项工作中，我们探讨了光机械产生的相干声子在悬浮的二维硅声子晶体腔与导模约6.8 GHz。通过将空气槽到这个腔中，我们把声子波导变成一个光机械平台，利用本地化的光子模式所产生的固有的制造缺陷的力学转换。这种平台利用光对声子进行非常精细的控制，并且能够通过6.8 GHz左右的机械激光产生相干自持声子。在这样一个简单的二维CMOS兼容系统中产生高频相干机械振动的能力可能是发展声子电路源和其他固态特性的相干操纵的第一步。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Shelving-style QND phonon-number detection in quantum optomechanics
提出了一种基于“搁置”式测量的光学机械量子非破坏（QND）声子数探测新方法。该方案使用了一个双模光学机械系统，其中两个光子模式的频率分裂与机械频率近共振。强光学驱动和潜在的非线性光学机械相互作用的组合产生了便于测量的类自旋动力学。这种方法允许声子数测量完成参数比其他计划，这是有限的弱驱动。该方案的最终功率由单光子光机械协同度的大小控制。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical quantum entanglement mediated by acoustic phonon fields
我们提出了两个空间分离的，本地电感电容（LC）振荡器，耦合到一个长的弹性带，作为一个量子热声场环境的光机械的量子时间演化的精确解。我们表明，光机械耦合到声学环境引起的因果纠缠动力学的两个LC振荡器之间的共振光子交换的情况下，它们之间，显着的纠缠发展，无论环境温度。这样的过程确立了可以经由连接的声子汇流条在超导量子比特之间产生分布式纠缠，而不需要共振声子释放和捕获。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-th
Optomechanically induced transparency and cooling in thermally stable diamond microcavities
金刚石腔光机械器件为基于光子、声子和自旋之间的相干耦合的量子技术带来了巨大的希望。这些器件受益于金刚石的特殊物理特性，包括其低机械耗散和光吸收。然而，这些设备的纳米尺度和机械隔离可以使它们容易受到热光不稳定性时，在高腔内场强度需要实现相干光子-声子耦合操作。在这项工作中，我们克服了这些影响，通过工程设备的几何形状，使操作与大光子数在以前的热不稳定制度的红色失谐。我们证明了光机械诱导透明与合作系数> 1和正常模式冷却从300 K到60 K，并预测这些设备将使相干光机械操纵的钻石自旋系统。
2017-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Permanent Directional Heat Currents in Lattices of Optomechanical Resonators
我们研究了光机械谐振器晶格中的声子动力学，其中相互耦合的光子模式被相干驱动，机械谐振器是解耦的，并连接到独立的热浴。我们提出了一个一般的程序来获得有效的Lindblad动力学的声子模式的任意晶格几何形状，其中的光模式起着有效的水库，介导的声子非平衡动力学的作用。我们展示了如何稳定在任意距离上表现出定向热流的稳态，尽管没有热梯度和机械谐振器之间的直接耦合。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical Metamaterials: Dirac polaritons, Gauge fields, and Instabilities
独立的光子晶体可以用来捕获光和机械振动。这些“光机械晶体”结构已经在实验上证明了光子模式和声子模式之间的强耦合，共同定位在单个缺陷位置。未来的设备可能会以这种缺陷的规则超晶格为特征，将它们变成“光机械阵列”。在这封信中，我们预测，定制的光机能带结构的这种阵列可以用来实现狄拉克物理的光子和声子，通过机械振动创建一个光子规范场，并观察到一种新的光机不稳定性。
2013-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced quantum nonlinearities in a two mode optomechanical system
在腔光学力学中，纳米机械运动耦合到局部光学模式。当单个声子引起的光频移与腔线宽相当时，就达到了单光子强耦合的状态。我们考虑在这个制度，包括两个光学模式和一个机械模式的设置。对于与能级分裂接近共振的机械频率，我们发现光子-声子和光子-光子相互作用被显著增强。除了在一个新的制度色散声子检测，这提供了光机械光子测量的前景。我们研究这些QND检测过程中使用解析和数值方法。
2012-06-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optomechanical circulator with a polaritonic microcavity
本文从理论上研究了具有非零轨道动量的贝塞尔光束泵浦下半导体微腔中的光-机相互作用。由于轨道动量从光转移到声子，微腔可以充当声循环器：它将入射声子的传播方向顺时针或逆时针旋转一定角度。由于光机械加热和冷却效应，循环器也可以用作发射具有非零角动量的声音的声学激光器。我们的计算表明，半导体微腔的紧凑的可集成的光机械器件的潜力。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generalized Su-Schrieffer-Heeger model in one dimensional optomechanical arrays
我们提出了一种基于光机阵列的广义Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型的实现。广义SSH模型的拓扑性质依赖于强驱动光场增强的有效光机相互作用。在推广的SSH模型中发现了三个阶段，包括一个平凡阶段和两个不同的拓扑阶段。通过调节外驱动场的大小，改变有效光-机相互作用的强度和相位，可以观察到相变。此外，在单粒子激发下，开链的广义SSH模型可以产生四种边缘态，并且开链中激发的动力学行为与周期边界条件下的拓扑性质有关.我们发现，通过周期性地调制驱动场的振幅和频率，边缘态可以沿着光机阵列被泵浦。基于光机阵列的广义SSH模型为我们提供了一个可调的平台来设计光子和声子的拓扑相位，这可能在控制光子和声子的输运方面具有潜在的应用。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Engineering long-lived vibrational states for an organic molecule
分子的光力学性质是拉曼光谱在一个世纪前发现的。今天，分子是高性能量子光学机械平台的有希望的竞争者，因为它们的小尺寸和大能级分离使它们在本质上对热搅动具有鲁棒性。此外，化学合成的精度和产量可以确保量子技术应用的可行路线。然而，挑战在于分子振动与环境声子的耦合将它们的相干性限制在皮秒时间尺度。在这里，我们通过对其周围环境的声子工程将分子的光学机械质量提高了几个数量级。通过给分子穿上其纳米环境中长寿命的高频声子模式，我们实现了毫秒时间尺度的光子存储和检索，并允许光力学中出现单光子强耦合。我们的策略可以扩展到分子光机网络的实现。
2021-04-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Programmable Synthetic Magnetism and Chiral Edge States in Nano-Optomechanical Quantum Hall Networks
本研究在纳米光机械谐振器网络中通过激光驱动诱导合成磁场，实验实现了可重构的量子霍尔式手性边缘态，并展示了单向声学传输，为纳米尺度拓扑声子相控制提供了新方法。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cooling and squeezing via quadratic optomechanical coupling
我们探讨了光学机械系统的物理，其中光学腔模式参数耦合到机械振荡器的位置的平方。我们推导出一个有效的主方程描述双声子冷却的机械振荡器。我们发现，对于高温和弱耦合，稳态声子数分布是非热（高斯），即使是强冷却的平均声子数仍然有限。此外，我们还演示了如何通过双光束驱动腔实现机械压缩。最后计算了光输出和压缩谱。讨论了在光学谐振腔中采用中间膜结构或超冷原子的光力学实验的意义。
2010-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cascaded optical transparency in multimode-cavity optomechanical systems
电磁感应透明在许多物理学科中具有重要的理论和实验意义，如原子物理学、量子光学和最近的腔光学力学。光延迟是电磁感应透明最显著的特征，而在腔光力学中，光延迟受边带分辨机械模的机械耗散率的限制。在这里，我们演示了一个级联的光学透明方案，通过利用参量声子-声子耦合在多模光学机械系统，其中低阻尼机械模式在未分辨边带制度耦合到一个中间，高频机械模式在光学腔的分辨边带制度。扩展的光延迟和更高的传输，以及光学进步的表现。这些结果为实现超长光延迟提供了一条途径，标志着向集成经典和量子信息存储器件迈出了重要一步。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coherent coupling between radio frequency, optical, and acoustic waves in piezo-optomechanical circuits
纳米光学机械系统中光学和机械模式的相互作用已经被广泛研究，应用范围从传感到量子信息科学。在这里，我们开发了一个平台，腔光机械电路中，本地化和相互作用的1550 nm的光子和2.4 GHz的声子与光子和声子波导相结合。在GaAs中工作有利于通过压电效应用射频场或通过强光弹效应光学地操纵局部机械模式。我们用它来证明一种新的声波干涉效应，类似于原子系统中的相干布居捕获，其中由电驱动引起的相干机械运动可以完全被光驱动运动抵消。通过光子或声子通道以同等设施操纵腔光机械系统的能力使得能够实现用于光、电和机械域之间的信号转导的新器件和系统架构。
2015-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single-crystal diamond low-dissipation cavity optomechanics
单晶金刚石腔光学机械设备是混合量子系统的一个很有前途的例子：通过将机械共振耦合到光和电子自旋，它们可以使光子控制固态量子比特的新方法成为可能。然而，从高质量的金刚石芯片实现腔光学机械器件一直是一个突出的挑战。在这里，我们展示了单晶金刚石腔光学机械设备，可以使光子-声子-自旋耦合。观察到腔光机械耦合到$2\,\text{GHz}$频率（$f_\text{m}$）机械共振。在室温环境条件下，这些共振具有低耗散（机械品质因数，$Q_\text{m} > 9000$）和高频率的记录组合，其中$Q_\text{m}\cdot f_\text{m} \sim 1.9\times10^{13}$足以实现室温单声子相干。该系统在红外和可见光波长处具有高的光学品质因数（$Q_\text{o} > 10^4$）共振，几乎是边带分辨的，并且具有光机械协同性$C\sim 3$。通过辐射压力激发的机械自振荡，其31 pm的振幅被预测为提供0.6 MHz的耦合率到金刚石氮空位中心基态跃迁（6 Hz /声子），和$\sim10^5$更强的耦合率到激发态跃迁的金刚石电子自旋的设备的光机械控制的潜力被证明。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controlled lasing from active optomechanical resonators
具有分布布拉格反射器（DBR）的平面微腔除了具有受限的光学模式之外，还具有由于DBR的声子色散关系中的阻带而引起的机械共振。这些谐振具有亚太赫兹（10 E10 - 10 E11 Hz）范围内的频率，品质因数超过1000。在这种光机械系统中，光子和声子的相互作用可以大大增强，从而开辟了一条操纵光的新途径。在这里，我们在微腔中实施了有源半导体层，以获得垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。因此，三种共振激发-光子、声子和电子-可以彼此强烈地相互作用，从而提供对VCSEL激光发射的控制：注入VCSEL中的皮秒应变脉冲激发其中的长寿命机械共振。其结果是，在高达40 GHz的频率的激光强度的调制观察。从这些研究结果的应用前景，如太赫兹激光控制和受激声子发射可能会出现。
2014-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Injection locking in an optomechanical coherent phonon source
在基于自触发自由载流子/温度极限环的光机械振荡器中，证明了相干声子源的相位与外部参考的自发锁定。当驱动机械振荡器到自持状态的泵浦激光器被射频音调调制时，观察到同步。我们采用了一种基于独立光学腔的泵浦-探测声子探测方案，只观察机械振荡器动力学。振荡频率的锁定范围，即，阿诺德舌头，是实验确定的范围内的外部参考强度，证明可能性，以调整振荡器频率的范围高达350千赫。相干声子源的稳定性通过其相位噪声进行评估，对于100 MHz的机械谐振器，在1 kHz偏移处最大达到44 dBc/Hz的抑制。在激发激光器中引入弱调制揭示了作为触发、控制和稳定基于自脉冲的光机械振荡器的动态解的进一步旋钮，从而增强了它们作为单层硅平台中的声波源的潜力。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.app-ph
Diamond optomechanical crystals
在单晶金刚石中实现的腔光学机械系统将受益于其非凡的材料特性，包括低机械耗散和宽的光学透明窗口。金刚石还富含光学活性缺陷，例如氮空位（NV）和硅空位（SiV）中心，它们在固态下表现为类原子系统。NV电子自旋通过晶格应变与声子的相干耦合的预测和观测已经激发了旨在实现混合量子系统的金刚石纳米机械装置的发展，其中声子提供与金刚石自旋的界面。在这项工作中，我们展示了金刚石光机械晶体（OMC），一个设备平台，使这样的应用，其中的共定位的~ 200太赫兹光子和几个到10 GHz的声子在准周期性金刚石纳米结构导致耦合的光学腔场通过辐射压力的机械模式。与其他材料系统相比，金刚石OMC在分辨边带机制下工作，具有大的腔内光子容量（> 10 $^5$）和足够的光机械耦合率，在室温下达到~ 20的协同系数，允许观察光机械诱导的透明性和实现大振幅光机械自振荡。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Light-sound interconversion in optomechanical Dirac materials
通过分析光力学单元蜂窝阵列上圆形量子点中光子与声子在辐射压作用下的散射与转换过程，论证了光力学狄拉克物理的产生.具体来说，我们证明了点内的极化激元准束缚态的形成，和角度依赖的克莱因隧道的光和声音的发射，这取决于入射光子的能量，光子-声子相互作用强度，和点的半径。此外，我们证明，光或声音的前向光的散射几乎可以关闭由光学调谐的法诺共振，从而该系统可以作为一个光机械翻译器在未来的光子-声子为基础的电路。
2017-08-29 cond-mat.mes-hall
Solid state based analog of optomechanics
我们研究半导体量子点作为一个基本的光学机械设置的微观模拟。我们表明，光学机械功能可以复制的固态平台，所产生的平行的基本相互作用过程，这在光学机械的情况下是辐射压力耦合和半导体的情况下的电子-声子耦合。在光学力学中，声子通常通过作用在可移动反射镜上的受限光子引起，而在半导体系统中，声子由激光驱动的电子系统发射。这两个系统存在类似的效应，具有双稳性、光致声子激射和增强的声子损耗。尽管如此，光学腔和电子系统的不同统计性质也导致了质的差异。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intermodulation of optical frequency combs in a multimode optomechanical system
声子提供了连接微波和光域的可能性，同时可以有效地转换电子和光信号。在这里，我们提出了一个多模态光学机械平台，由机械光学机械谐振器配置。的机械模式，在265 MHz和6.8 GHz的频率，可以同时激发到声子激光制度的系统的稳定性分析所支持的。MHz和GHz模式都进入自持振荡状态，导致光场中两个频率梳的互调。我们的特点是这个平台的实验，证明以前未探索的动态制度。这些结果表明，通过一个单一的光学模式控制多个机械自由度的可能性，在GHz的声子器件，信号处理和光学梳传感应用的影响。
2023-03-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum State Orthogonalization and a Toolset for Quantum Optomechanical Phonon Control
我们介绍了一种方法，可以正交化任何纯连续变量量子态，即产生一个状态$|ψ_\perp>$从$|ψ>$其中$<ψ|ψ_\perp> = 0$，这不需要显着的输入状态的先验知识。我们说明了如何实现正交化使用的Jaynes-Cummings或分束器的相互作用，它允许实现在一些系统。此外，我们演示了如何正交化的腔光力学背景下的机械振荡器的运动状态，通过开发一套相干声子能级操作。由于机械振荡器是静止系统，因此可以多次执行这样的操作，为量子态工程应用提供相当大的通用性。利用这一点，我们还介绍了一种方法，如何将任何已知的纯态转换为任何所需的目标状态。
2012-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Time-periodic Klein tunneling through optomechanical Dirac barriers
我们研究了在人造狄拉克材料中通过辐射压力耦合的光子和声子之间的相互转换，这种相互转换是由光机械单元的蜂窝阵列实现的。特别地，我们分析了（光子-声子）极化激元通过振荡平面势垒的手征隧穿。虽然静态屏障容纳相长干涉的光学或机械波，导致光子或声子传输，但振荡屏障允许引起边带激发和干涉效应的非弹性散射，这又可以抑制或恢复光-声相互转换。
2018-11-28 cond-mat.mes-hall
Quantum limit of laser cooling in dispersively- and dissipatively-coupled optomechanical systems
机械振荡器可以通过将它们耦合到光学或微波腔来冷却。超越标准的量子噪声的方法，我们找到了一个解析表达式的稳态声子数的系统中的机械振荡器的位置调制腔频率以及腔线宽。我们追踪的起源为量子极限的冷却波动的光学力在和远离机械频率。最后，我们计算了不同耦合类型的最小声子数。我们的研究阐明了如何有利地结合色散和耗散光机耦合。
2013-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emitter-Optomechanical Interaction in Ultra-High-Q hBN Nanocavities
将量子发射体集成到同时耦合到光子和机械模式的纳米腔中对于在腔QED系统中连接电子自旋、光子和声子是至关重要的。在这里，我们研究了带电硼空位$V_B^-$，超高Q（$\sim10^5$）腔光子模和局域声子模之间的相互作用。一个显着的不对称性观察到在发射光谱的腔与Q-因子高于阈值为10 $^4$。对于没有$V_B^-$中心的腔，没有观察到类似的不对称性。为了解释我们的研究结果，我们用基于$V_B^-$中心的声子诱导光-物质耦合来模拟系统，并与通常发射体的Jaynes-Cummings模型进行比较。我们的研究结果表明，多体相互作用出现在$V_B^-$中心的光-物质耦合，说明它是声子诱导的，而不是由声子模式的热布居。不同光子（$V_B^-$发射，腔光子）和声子（$V_B^-$声子，腔机械）模式之间的这种发射极-光机械相互作用提供了一种新的系统，用于在凝聚态物质中界面连接自旋缺陷、光子和声子。
2023-01-31 cond-mat.mes-hall
Observation of Brillouin optomechanical strong coupling with an 11 GHz mechanical mode
实现与高频声子的腔-光机强耦合为量子技术的发展提供了丰富的途径，包括量子态转移、存储和转导，以及使宏观声子自由度的几个基础研究成为可能。然而，实现这种与GHz机械模式的耦合已被证明是具有挑战性的，其中一个突出的障碍是许多材料中的材料和表面诱导的光学吸收。在这里，我们规避这些挑战，并报告观察光学机械强耦合到一个高频率（11 GHz）的熔融石英回音壁微谐振器通过电致伸缩布里渊相互作用的机械模式。使用光外差检测方案，反斯托克斯光从谐振腔背散射测量和正常模式分裂和避免交叉观察记录的光谱，提供明确的签名强耦合。通过使用辅助泵浦共振，光机械耦合率达到高达$G/2π= 39 \ \text{MHz}$的值，其中耦合主导光学（$κ/2π= 3 \ \text{MHz}$）和机械（$γ_\text{m}/2π= 21 \ \text{MHz}$）振幅衰减率。我们的发现为利用光和声进行光量子控制提供了一种很有前途的新方法。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical analog of two-color electromagnetically-induced transparency: Photon transmission through an optomechanical device with a two-level system
当施加强驱动场时，一些光机系统可以对探测场透明。这些系统可以提供电磁感应透明（EIT）的光机械模拟。我们研究了探测光场通过由腔和机械谐振器组成的混合光机械系统的传输，该系统具有二能级系统（量子比特）。量子比特可能是机械谐振器内部的固有缺陷，超导人造原子或另一个两能级系统。机械谐振器通过辐射压力耦合到腔场，并通过Jaynes-Cummings相互作用耦合到量子位。我们发现，缀饰二能级系统和机械声子可以形成两组三能级系统。因此，在所讨论的系统中存在两个透明窗口。我们将这种效应解释为双色EIT（或双EIT）的光学机械模拟。我们演示了如何通过改变量子位的跃迁频率在一个和两个EIT窗口之间切换。结果表明，系统的吸收和色散主要受量子位-声子耦合强度和量子位跃迁频率的影响。
2014-08-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heralded Preparation and Readout of Entangled Phonons in a Photonic Crystal Cavity
我们提出了一个现实的协议的准备和读出的机械贝尔态的光机系统。该建议依赖于表征光子晶体腔模式的参数，耦合到结构的两个局部弯曲模式，但同样适用于相同参数范围内的其他光学机械系统。非经典状态预示着通过光学后选择，并揭示在特定的干涉图案特征的腔频率的发射。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous mode cooling and phonon routers for phononic quantum networks
我们研究了声子网络中量子态传输协议的实现，其中与光网络类似，量子信息通过扩展的机械谐振器阵列或声子波导中的传播声子来传输。我们描述了如何通过实施光机械多模式和连续模式冷却方案来创建用于传输量子态的“冷”频率窗口，来克服声子量子信道的非零热占据的问题。此外，我们还讨论了声子循环器和可切换声子路由器的实现，它们只依赖于强相干光机械相互作用，不需要强磁场或特定材料。这两种技术都可以应用于各种物理实现，其中耦合到基于自旋或电荷的量子位的声子用于片上网络应用。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anderson Localization of Composite Excitations in Disordered Optomechanical Arrays
光机械阵列是研究光子-声子耦合系统中的输运、多体动力学、量子控制和拓扑效应的一个很有前途的平台。介绍了无序光机械阵列，重点讨论了光子-声子混合激发的安德森局域化特性。事实证明，这些代表了一个独特的无序系统，其中的基本参数可以很容易地通过改变外部激光场的频率和振幅来控制。我们表明，两种设置导致一个非平凡的频率依赖性的本地化长度为中间激光强度。这可以作为非平衡耗散情况下局域化的令人信服的证据。
2016-07-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave assisted coherent and nonlinear control in cavity piezo-optomechanical system
我们提出了一个腔压电光学机械系统，微波和光学自由度耦合通过超高频机械谐振器。利用三个相互作用模之间的相干性，我们证明了光放大，相干吸收和更一般的非对称Fano共振。强大的压电驱动器进一步允许访问的大振幅引起的光学机械非线性，与高次谐波通过多声子散射的光学透明性被证明。
2014-04-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phonon laser in a cavity magnomechanical system
光学激光的声子模拟已成为研究的热点。本文从理论上研究了由微波谐振腔、铁磁小球和均匀外加偏置磁场组成的腔型磁力系统中的声子激光。该系统可以分别通过磁致伸缩相互作用和磁偶极子相互作用实现声子-磁振子耦合和腔体光子-磁振子耦合，磁振子同时被强微波场直接驱动。首先给出了能达到声子激光阈值条件的驱动磁场强度。然后，我们证明了声子激光器可以很好地控制由一个可调的外部磁场，而不改变其他参数，这提供了一个额外的自由度相比，声子激光器在光机系统。最后，在实验可行的参数下，我们的方案的阈值功率接近光机系统的情况。我们的结果为在磁力系统中实现声子激光提供了理论基础。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Signatures of nonlinear cavity optomechanics in the weak coupling regime
我们确定的固有的非线性相互作用的光腔光学机械系统中的机械运动之间的签名。这些签名是可观察到的，即使当腔线宽超过光机耦合率。一个强激光驱动器从腔共振频率的两倍的机械频率的红失谐使两个声子过程共振，这导致了一个非线性版本的光机械诱导透明。这种效应为测量机械振子的平均声子数提供了一种新的方法。此外，我们表明，如果强激光驱动失谐的机械频率的一半，光机械诱导透明也发生由于共振双光子过程。在这种情况下，腔对第二探针驱动的响应在探针功率方面是非线性的。这些效果应该是可观察到的光学机械耦合强度，已经在实验中实现。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-field cavity optomechanical coupling in a compound semiconductor nanowire
III-V族化合物半导体纳米线是一种用于新型混合量子界面的有吸引力的材料，该新型混合量子界面通过嵌入其独立结构中的波长可调量子结构来互连光子、电子和声子。然而，在这样的纳米机械元件中，一个挑战是如何通过其微小的机械运动来检测和操纵少量的声子。一个解决方案是通过引入“腔光学机械”框架将光学腔耦合到纳米线，但它们之间的典型尺寸差异成为实现这一目标的障碍。在这里，我们展示了近场耦合的二氧化硅微球腔和外延生长的InP/InAs独立纳米线。倏逝光机械耦合不仅能够通过平衡零差干涉法精细探测机械运动，而且能够调谐纳米线中的谐振频率、线宽、Duffing非线性和振动轴。将这种腔光学力学与外延纳米线工程相结合，为新型量子精密测量和信息处理开辟了道路。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant optomechanical coupling and dephasing protection with cavity exciton-polaritons
电子共振可以显著增强腔光学力学中的光子-声子耦合，但是通常由于吸收损耗和由不均匀加宽引起的失相而被避免。我们的实验表明，激子极化激元在半导体微腔使GHz的光力学与单粒子共振耦合达到记录值在10秒的MHz范围。此外，这种共振增强受到拉比间隙的保护，不受非均匀加宽的影响。单极化激元非线性和光机械强耦合制度成为在这个平台上访问。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
