Simultaneous ground-state cooling of six mechanical modes of two levitated nanoparticles
Hunan Normal University（湖南师范大学）
本文通过相干散射机制实现了两个悬摆纳米颗粒六种机械位移模式的同时地面态冷却，展示了耦合结构和冷却机制，并探讨了暗模式对冷却的影响。
2026-04-09 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
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
Simultaneous ground-state cooling of two levitated nanoparticles by coherent scattering
该研究推导耦合腔-悬浮双粒子系统哈密顿量，分析模式解耦与等功率光镊导致的暗模抑制，并通过适当参数打破暗模，实现多个力学模式的同时基态冷却。
2024-05-20 quant-ph
Measurement and feedback for cooling heavy levitated particles in low frequency traps
我们考虑一个可能的路线，基态冷却的悬浮纳米粒子，磁捕获的强永磁体，使用测量和反馈的组合。该系统的陷阱频率远低于那些涉及捕获离子或纳米机械谐振器。因此，环境加热的最小化是具有挑战性的，因为它需要在与陷波频率的倒数相当的时间尺度上控制系统。我们表明，这些陷阱是一个很好的平台，通过实时状态估计进行最佳反馈控制，准备可测量的量子特性的运动状态。
2019-03-25 quant-ph
Parametric Feedback Cooling of Rigid Body Nanodumbbells in Levitated Optomechanics
我们从理论上研究了参数反馈冷却下光悬浮纳米钟的刚体动力学，并提供了一个简化的模型来描述运动。与以前的研究不同，纳米粒子绕其对称轴的自旋被认为是不可忽略的。模拟结果表明，标准的参数反馈冷却可以提取能量从两个五个旋转自由度的纳米粒子悬浮时，使用线性偏振激光束。反馈冷却后的动力学的特征在于由一个正常的模式，描述进动的激光偏振轴与自旋的纳米粒子的对称轴。冷却剩余的模式需要在与关于偏振轴的运动相关联的两个振动频率中的不对称性以及关于偏振轴的两个旋转频率的信息。引入非对称势允许完全冷却的librational坐标，如果两者的频率都用于反馈调制，是进入librational量子制度的途径。势中的不对称性需要足够大以用于实际冷却时间，因为系统的冷却速率非线性地取决于不对称性的程度，这是实验上容易实现的条件。
2018-12-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Imaging based feedback cooling of a levitated nanoparticle
基于成像的悬浮纳米颗粒运动检测补充了广泛使用的干涉检测方法，提供了一种精确和稳健的方法来估计颗粒的位置。在这里，我们展示了基于相机的反馈冷却的带电纳米粒子悬浮在一个线性保罗陷阱。利用CMOS摄像系统对悬浮在真空中的带电纳米粒子进行了观测。纳米颗粒图像用与CMOS图像传感器集成的微控制器实时处理。相位延迟的位置信号被反馈到其中一个陷阱电极，导致速度阻尼冷却。我们的研究提供了一个简单而通用的方法，适用于控制低频机械振荡器。
2022-12-06 physics.optics quant-ph
Simultaneous cooling of all six degrees of freedom of an optically levitated nanoparticle by elliptic coherent scattering
该研究利用高精细度光学腔中的椭圆相干散射，实现了高真空光镊悬浮纳米粒子全部六个平动与转动自由度的同时冷却和取向控制。
2022-05-20 physics.optics quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Levitated Nanoparticle in the Presence of Laser Phase Noise
我们研究了在高精细度腔中冷却悬浮纳米粒子质心运动的背景下，激光相位噪声加热对分辨边带冷却的影响。虽然相位噪声加热不是一个基本的物理约束，它成为Levitodynamics中的主要限制的制度迄今尚未探索，因此体现了从这一点向前的主要障碍，在达到运动基态的悬浮介观物体与解决边带冷却。我们在$p = 3\times 10^{-7}$ mbar的压力下达到与$T_{min}=10$ mK相当的最小质心温度，仅受相位噪声的限制。最后，我们提出了可能的战略走向运动基态冷却的相位噪声的存在。
2019-10-10 physics.optics quant-ph
3D sympathetic cooling and detection of levitated nanoparticles
冷却悬浮纳米粒子的质心运动为介观尺度的量子实验提供了一条途径。在这里，我们展示了三维交感冷却和检测的质量中心的运动悬浮二氧化硅纳米粒子。纳米粒子静电耦合到反馈冷却的粒子，而这两个粒子被困在同一个保罗陷阱。我们确定了两个制度，根据冷却的强度：在第一个制度，同情冷却的粒子热化与直接冷却的，而在第二个制度，同情冷却的粒子达到最低温度。这一结果提供了一种有效冷却和检测不能用强激光照射的颗粒（如吸收性颗粒）的途径，并为控制几个捕获的纳米颗粒阵列的运动铺平了道路。
2023-03-27 physics.optics quant-ph
Cooling of an optically levitated nanoparticle via measurement-free coherent feedback
本文提出一种无测量的全光学相干反馈方案，通过调节相位与延迟冷却光学悬浮纳米粒子至数百声子，并分析相位噪声限制及迈向运动基态的前景。
2025-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Comment on "Matter-Wave Interferometry of a Levitated Thermal Nano-Oscillator Induced and Probed by a Spin"
在本文中，我们同意文献[1]中导出的公式. [1，2]但表明结果不是由于“介观谐振子的质心的空间分离态之间的干涉”。
2016-08-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum calculation of feedback cooling a laser levitated nanoparticle in the shot-noise-dominant regime
在本文中，量子计算结果的反馈冷却的光囚禁纳米粒子在激光射击噪声占主导地位的制度。我们数值研究系统使用参数和力反馈冷却计划。对于相同的测量效率，力反馈的冷却极限低于参数反馈。我们还开发了一套半经典的反馈冷却方程，精确匹配的量子结果。通过重新标度半经典方程，证明了冷却动力学唯一地由反馈强度、测量效率和散粒噪声引起的一个振荡周期内的占据数变化决定.最小占用数由测量效率和一个周期内占用数的变化确定。
2017-08-03 quant-ph
Auxiliary-cavity-assisted ground-state cooling of optically levitated nanosphere in the unresolved-sideband regime
通过引入耦合高品质因子腔，对光悬浮纳米球在未分辨边带区的基态冷却进行了理论分析。由于耦合腔的存在而产生的量子干涉，施加在纳米球上的光力的谱密度发生变化，然后加热和冷却过程之间的对称性被打破。通过调节强耗散腔模的失谐量，可以提高纳米球的净冷却速率。结果表明，即使有效的光机耦合弱于纳米球的频率，也可以在未分辨边带区实现基态冷却，这可以通过纳米球和辅助腔模的有效相互作用使系统回到有效分辨区的图像来理解.此外，耦合腔的存在改善了系统的动力学稳定性。
2017-05-31 quant-ph
Prospects of phase-adaptive cooling of levitated magnetic particles in a hollow-core photonic-crystal fibre
本研究探讨在空心芯光子晶体光纤中通过相位控制冷却悬浮磁性粒子，实现斯托克斯型冷却，并估计了冷却效率与最终温度，为微磁体在传感和量子态制备中的应用奠定基础。
2025-04-22 physics.optics quant-ph
5D cooling and nonlinear dynamics of an optically levitated nanodumbbell
真空中的光悬浮非球形粒子是扭矩传感、旋转量子力学、高频引力波探测和多种其他应用的优秀候选者。许多潜在的应用，如检测Casimir扭矩附近的双折射表面，需要同时冷却的质心运动和扭转振动（或旋转）的非球形纳米粒子。在这里，我们报告了悬浮纳米颗粒的第一个5D冷却。我们在线偏振激光器中同时冷却了悬浮纳米钟的3个质心运动模和2个扭转振动模。唯一未冷却的刚体自由度是纳米哑铃绕其长轴的旋转。这种自由旋转模式不直接耦合到光镊。令人惊讶的是，我们观察到它强烈影响纳米钟的扭转振动。这项工作加深了我们对悬浮纳米粒子的非线性动力学和旋转耦合的理解，并为实现其运动的完全量子控制铺平了道路。
2020-04-06 physics.optics quant-ph
Cavity cooling of a levitated nanosphere by coherent scattering
我们报告三维冷却的悬浮纳米粒子内的光学腔。冷却机制由光镊的腔增强相干散射提供。所观察到的3D动力学和冷却速率是理论上预期的粒子运动和腔场之间的相互作用中的线性和二次项的存在。通过实现纳米级控制的颗粒位置，我们优化的位置相关的耦合，并证明轴向冷却的两个数量级的背景压力高达$6\times10^{-2}$毫巴。我们还估计了一个显着的（$> 40$ dB）抑制激光相位噪声，因此残留加热，这是一个特定的功能的相干散射计划。所观察到的性能意味着，量子基态腔冷却悬浮纳米粒子可以实现低于$10^{-7}$毫巴的背景压力。
2019-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Theory for Cavity Cooling of Levitated Nanoparticles via Coherent Scattering: Master Equation Approach
我们发展了一个理论，通过相干散射到一个光学腔的悬浮纳米粒子的质心运动的腔冷却。我们分析确定的纳米粒子，腔，和自由电磁场的完全耦合的哈密顿量。通过追踪后者，我们得到了腔和质心运动的主方程，其中归因于反冲加热，气体压力和陷阱位移噪声的退相干率被明确计算。然后，我们基准我们的模型复制发表的三维冷却实验结果。最后，我们用我们的模型来证明基态冷却沿三个运动轴的可能性。我们的工作说明了腔辅助相干散射达到悬浮纳米力学的量子制度的潜力。
2019-02-04 physics.optics quant-ph
An ultra-narrow line width levitated nano-oscillator for testing dissipative wavefunction collapse
悬浮纳米振荡器被视为在新的高质量体系中测试基础物理和测试量子力学的有前途的平台。悬浮允许与环境极端隔离，减少对这些敏感实验至关重要的退相干过程。任何振荡器的基本特性是其线宽和机械品质因数Q。窄线宽的微赫兹制度和机械Q的高达$10^{12}$已被预测为悬浮系统，但到目前为止，这些振荡器在长时间内的稳定性差，阻止了在高真空直接测量。本文报道了一种超窄线宽悬浮纳米振荡器的测量，其线宽为$81\pm\,23\,μ$ Hz，仅受高真空下残余气压的限制。这种狭窄的线宽使我们能够把新的实验边界的耗散模型的波函数崩溃，包括连续自发局域化和Diósi-Penrose，并说明其效用为未来的精密实验，旨在测试宏观极限的量子力学。
2019-07-13 quant-ph
Electro-Optical Metalens for Near-Surface Cooling of a Levitated Particle
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文展示了一种小型化混合电光超透镜平台，通过高数值孔径超透镜和电学主动反馈实现真空悬浮粒子的冷却至低声子占据数，并排除电场噪声影响，为片上量子悬浮光力学奠定基础。
2026-10-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum displacement sensing and cooling in 3D levitated cavity optomechanics
超高灵敏度检测腔光学力学中的量子尺度位移，优化了测量反作用和输入量子噪声的不精确性的组合误差。这设置了众所周知的标准量子限制（SQL）。普通量子腔光学力学允许沿着腔轴的单个自由度的冷却和检测。然而，最近的一项突破允许悬浮纳米颗粒的量子基态冷却[Delic等人，arxiv：1911.04406]，其特征是独特的3D，沿着$x$、$y$和$z$轴耦合。我们调查目前的实验，并表明，基本的行为是远离独立的1D组件和接地状态的冷却和传感分析必须考虑-到目前为止被忽视的- 3D杂交效应。我们研究了额外的3D光谱贡献，并发现直接和间接的杂交途径可以破坏性地干扰在某些参数下抑制3D效应，以接近并可能超过SQL。我们确定了一个交感神经冷却机制，可以增强冷却较弱的耦合模式，所产生的光学机械诱导的相关性。
2019-11-28 quant-ph
Room temperature test of the Continuous Spontaneous Localization model using a levitated micro-oscillator
连续自发局域化（CSL）模型预测通过作用在物理系统上的弱随机力导致能量守恒的微小突破，这触发了波函数的崩溃。机械振子是测试这种力的一种自然方法，特别是悬浮微机械振子最近被提出是一种理想的系统。我们报道了一个由高真空下磁引力阱中的微球反磁悬浮产生微振荡器的原理验证实验。由于超低的机械耗散，该振子提供了一个新的CSL崩溃率上界，在相同频率范围内比以前的上界提高了两个数量级，并部分达到了Adler提出的增强崩溃率.虽然是在室温下进行的，我们的实验已经表现出优于那些在低温下操作先前报道。我们的实验结果表明磁引力悬浮机械振荡器作为一种有前途的方法来测试崩溃模型的潜力。讨论了低温实验的进一步改进。
2019-11-15 quant-ph
Optimal control for feedback cooling in cavityless levitated optomechanics
我们认为反馈冷却在无腔悬浮光学力学设置，我们调查的可能性，以改善反馈的实施。我们应用最优控制理论来推导二次（参数）和线性（电）反馈的最优反馈信号。我们数值比较最佳反馈对用于实验的典型反馈实现。为了做到这一点，我们实现了一个跟踪计划，考虑到调制的激光强度。我们表明，这样的跟踪实现使我们能够增加反馈强度，导致更快的冷却速率和更低的质心温度。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical and electrical feedback cooling of a silica nanoparticle levitated in a Paul trap
在保罗陷阱中的带电介电纳米粒子的所有三种运动模式都通过直接反馈冷却到几mK的温度。我们测试了两种方法，一种是基于电力和其他光学部队;对于这两种方法，我们发现类似的冷却效率。冷却的特征在于两个反馈力作为反馈参数，背景压力，和粒子的位置的函数。
2021-03-26 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Feedback cooling a levitated nanoparticle's libration to below 100 phonons
本文提出后向散射探测与参数反馈冷却方案，实现光学悬浮纳米粒子三个 librational 模式的高效探测与冷却，最低平均声子数达 84，并测得测量效率为 0.5%。
2024-02-29 quant-ph
Levitated Ferromagnetic Torsional Oscillators for High-Precision Magnetometry and Probing Exotic Interactions
Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Nanjing University（南京大学）；Zhejiang University（浙江大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文提出了一种高灵敏度磁力计，利用悬浮铁磁扭转振荡器实现高精度磁场检测，并用于探索超出标准模型的非常规相互作用。
2026-03-02 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
Linear cooling of a levitated micromagnetic cylinder by vibration
本文利用压电致动器和超导拾取线圈耦合直流SQUID，对悬浮微磁圆柱体的平动与摆动模式进行线性反馈冷却，将质心模式冷却至约7 K、摆动模式冷却至830 mK，并论证了实现基态冷却的可行性。
2024-10-03 quant-ph
Talking with a ghost: semi-virtual coupled levitated oscillators
King’s College London（伦敦国王学院）
本研究通过虚拟粒子模拟实现了悬浮粒子的耦合振荡器动态，为测量-based浴工程和物理模拟提供了新视角。
2026-01-27 physics.ins-det quant-ph
Feedback Cooling of an Insulating High-Q Diamagnetically Levitated Plate
本研究制备了二氧化硅包覆石墨珠嵌入高真空兼容蜡的厘米级绝缘抗磁悬浮平板，实现高Q值运动特性，并通过延迟反馈将其19Hz垂直运动从室温冷却至320mK，为悬浮系统相关应用提供基础。
2023-12-04 physics.app-ph quant-ph
Coherent scattering 2D cooling in levitated cavity optomechanics
相干散射（CS）装置提供的强轻物质光机械耦合允许实验实现悬浮纳米颗粒轴向运动的量子基态腔冷却[U. Delić等人，Science 367，892（2020）]。一个有吸引力的里程碑现在是在横向平面中的任何方向上的完全平面内运动的量子2D冷却。通过一个简单的调整的陷阱极化，一个获得两个几乎等效的模式，具有类似的频率$ω_{x}\simω_{y}$和光机械耦合$g_{x}\simeq g_{y}$ -在这个实验配置中，我们确定一个最佳的陷阱椭圆率，纳米球的大小和腔线宽，允许有效的二维冷却。此外，我们发现，二维冷却占领$n_{x}+n_{y}\lesssim1$在中等真空（$10^{-6}$毫巴）是可能的“Goldilocks”区由$\sqrt{κΓ/4}\lesssim g_{x},g_{y}\lesssim|ω_{x}-ω_{y}|\lesssimκ$，其中一个平衡需要抑制暗模式，同时避免远失谐的模式或低cooperativities，和$κ$（$Γ$）是腔衰减率（运动加热率）。考虑到强耦合机制$g_{x},g_{y}\gtrsimκ$，必须考虑$x$、$y$和腔光模式之间的真正的三向杂交，从而导致杂交的亮/暗模式。最后，我们表明，亮/暗模式的悬浮设置有一个简单的几何解释，相关的旋转在横向平面，方向感测的影响。
2021-03-24 quant-ph
Cavity-Based 3D Cooling of a Levitated Nanoparticle via Coherent Scattering
我们实验实现了真空中悬浮纳米粒子的所有三个平移运动度的腔冷却。该粒子被一个与腔无关的光镊捕获，相干散射光镊光进入蓝失谐腔模。对于周围的真空压力$10^{-5}\,{\rm mbar}$，沿腔轴的最低温度在mK制度进行观察。同时，沿着其他两个空间方向的质心（COM）运动被冷却到几百个$\rm mK$的最低温度。通过测量压力变化时的温度和阻尼率，我们发现冷却效率依赖于腔内驻波中粒子的位置。该数据和COM温度作为腔失谐和镊子功率的函数的行为与实验的理论分析是一致的。我们的方法的实验限制和机会进行了概述。
2019-04-01 physics.optics quant-ph
Ground-State Cooling of Levitated Magnets in Low-Frequency Traps
我们提出了一个基态冷却方案的机械自由度的介观磁性粒子悬浮在低频陷阱。我们的方法利用二进制传感器和适当形状的脉冲对磁体的位置进行弱的自适应测量。这使我们能够精确地确定粒子的位置和动量，将初始的高熵热态转化为纯相干态。然后通过移动陷阱中心来提取能量。通过委派的任务，能量提取到一个相干位移操作，我们克服了依赖于耗散耦合到振荡器的两级系统的冷却方案相关的限制。我们数值基准我们的协议在现实的实验条件下，包括加热速率和不完善的读出的结晶度，表明它是非常适合在低温下工作的磁引力陷阱。我们的结果为微米尺度粒子的基态冷却铺平了道路。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Employing coupled cavities to increase the cooling rate of a levitated nanosphere in the resolved sideband regime
在本文中，我们研究了冷却的悬浮纳米球在系统中的耦合腔在解决边带制度。由于在耦合腔冷却系统中存在额外的谐振，耦合强度可以在最佳失谐处最大化。以这种方式，腔内光子数增加，从而提高冷却速率，并且实现强耦合状态，而不依赖于增加的驱动激光功率。在这里提出的系统中的耦合腔在解决边带制度和已经报道的系统中的耦合腔在未解决边带制度的冷却效率增加的基本物理是显着不同的彼此。由于谱密度的位移的颗粒可以不再准确地近似由传统的洛伦兹线形在强耦合制度，双洛伦兹线形采用精确近似的谱密度的位移的颗粒，并提供分析配方的冷却速率。给出的冷却速率的解析表达式通过数值模拟进行了验证。
2018-02-07 physics.optics quant-ph
Optical squeezing mediated by levitated oscillators at their quantum ground state
CNR-INO（意大利国家研究委员会红外光学研究所）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Univ. Di Firenze（佛罗伦萨大学物理与天文系）；INFN, Sezione di Firenze（意大利国家核物理研究院佛罗伦萨分部）；European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS)（欧洲非线性光谱学实验室）
研究通过悬摆纳米颗粒的中心质量模与光学腔场相互作用，实现低于Shot噪声的光学压缩，展示多机械振荡器在量子基态下的压缩效应，建立悬摆光机作为多模量子交互平台。
2026-04-29 quant-ph
Parametric Feedback Cooling of Levitated Optomechanics in a Parabolic Mirror Trap
我们展示了一个简单而强大的几何光学捕获在真空中的一个单一的纳米粒子的基础上的抛物柱面镜和光学梯度力，我们展示了快速的参数反馈冷却的所有三个运动自由度从室温到几mK。在1550 nm处的单个激光器和单个光电二极管用于所有三个维度的捕获、位置检测和冷却。直径为26 nm至160 nm的颗粒在没有反馈至10 $^{-5}$ mbar的情况下被捕获，并且在使用反馈的情况下，压力降低至10 $^{-6}$ mbar。在噪声和反馈的存在下的谐波运动的修改进行了研究，并估计实验机械品质因数$>4\times 10^7$。
2017-01-23 physics.optics quant-ph
Sympathetic cooling and squeezing of two co-levitated nanoparticles
该研究在Paul阱中实现两个库仑耦合带电二氧化硅纳米颗粒的协同冷却与协同压缩，为纳米颗粒阵列的冷却、操控及高灵敏传感提供协议。
2022-11-08 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum theory of electrically levitated nanoparticle-ion systems: Motional dynamics and sympathetic cooling
Institute for Theoretical Physics and Vienna Center for Quantum Science and Technology, Technical University of Vienna（维也纳大学理论物理研究所与维也纳量子科学与技术中心）；Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学实验物理研究所）
本文提出了一种描述纳米粒子和离子在双频线性保罗陷阱中耦合运动的量子理论，研究了通过离子与持续多普勒冷却离子的库仑耦合实现的纳米粒子同情冷却。
2026-05-21 physics.atom-ph 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
Ultra-high quality factor of a levitated nanomechanical oscillator
本文在超高真空线性保罗阱中悬浮二氧化硅纳米颗粒，测得耗散率低至 $2π\ imes69(22)$ nHz、品质因子超过 $10^{10}$，比此前结果高两个数量级以上，并研究了压强对阻尼和加热率的影响以揭示耗散机制。
2024-03-22 quant-ph
Simultaneous ground-state cooling of two mechanical modes of a levitated nanoparticle
研究通过相干散射实现悬浮纳米粒子二维基态冷却，避免暗模式效应，将两个质心模式占据数降至0.83和0.81，为全3D基态冷却和高轨道角动量态生成奠定基础。
2022-10-05 physics.optics quant-ph
Super-resolution imaging of a low frequency levitated oscillator
我们描述了用CMOS摄像机测量悬浮纳米粒子在Paul阱中的长期运动。这种简单的方法使我们能够达到良好的信噪比为10 $^{6}$与位移灵敏度优于10 $^{-16}\,m^{2}$ /Hz。该方法可用于提取陷阱参数以及悬浮颗粒的性质。我们演示了连续监测的粒子动力学的时间尺度上的顺序为几周。我们表明，通过使用超分辨率成像的改进，可以实现显着降低噪声地板，增加力的灵敏度的带宽。这种方法代表了一个有竞争力的替代标准的光学检测的范围内的低频振荡器，其中低的光功率是必需的
2019-10-09 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Stationary entanglement of a levitated oscillator with an optical field
Università di Firenze（佛罗伦萨大学）；INFN, Sezione di Firenze（意大利国家核物理研究所佛罗伦萨分部）；CNR-INO（意大利国家研究委员会光学研究所）；European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS)（欧洲非线性光谱学实验室）
研究通过光学镊子束缚的纳米球与光场生成量子纠缠，揭示了非经典关联在交互区域外的分布，展示了悬浮光学机械系统在连续变量量子通信和宏观量子物理测试中的潜力。
2026-03-19 quant-ph
Matter Wave Interferometry of a Levitated Thermal Nano-Oscillator Induced and Probed by a Spin
我们展示了如何通过将介观谐振子的质量质心（COM）的空间分离状态之间的干扰耦合到一个自旋和执行单独的自旋操纵和测量（拉姆齐干涉）可以证明。我们建议使用含有NV中心自旋的光学悬浮金刚石珠。微珠的纳米级尺寸使得由于悬浮引起的运动退相干可以忽略不计。自旋-运动耦合的形式确保该方案适用于热态，使得适度的反馈冷却足够。不需要单独的控制或观察COM状态，从而免除了腔，空间分辨检测和低质量分散系综。拉姆齐干涉测量中的可控相对相位源于重力电势差，使得它唯一地证明了涉及整个纳米晶体处于空间上不同位置的状态之间的相干性。
2013-10-15 quant-ph
Spin-force from a Nitrogen-Vacancy ensemble drives a 100 mg levitated resonator
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
利用氮空位集体产生的自旋力控制100毫克磁性悬浮振荡器的质心运动，实现了超过100纳米的相干运动，为高质量态的自旋工程提供了关键进展。
2026-05-18 physics.app-ph quant-ph
Squeezing-enhanced dual-channel interference for ground-state cooling of a levitated micromagnet with low quality factor
Fuzhou University（福州大学）；College of Physics and Information Engineering, Fuzhou University（福州大学物理与信息工程学院）
本研究提出一种基于 squeezing 增强量子干涉的双通道冷却方案，通过同时抑制加热散射和增强冷却散射，将实现地面态冷却所需的 Q_c 减少三个数量级，显著提高冷却效率。
2026-02-07 physics.optics quant-ph
Cavity cooling of an optically levitated nanoparticle
捕获和操纵单个原子的能力是当前实现量子模拟、量子计算和长距离量子通信的核心。控制较大粒子的运动为量子科学开辟了新的途径，无论是在物质波干涉的背景下研究基本量子现象，还是在量子光力学的背景下新的传感和转换应用。具体而言，已经提出，在高真空中的单个纳米颗粒的腔冷却允许在室温环境中产生运动的量子态以及前所未有的力灵敏度。在这里，我们迈出了进入这一制度的第一步。我们演示了由大约10 e9个原子组成的光学悬浮纳米粒子的腔冷却。粒子被捕获在适度的真空水平的几个毫巴的驻波场的光学腔和冷却通过相干散射到同一腔的模式。我们估计，我们的冷却速率足以用于基态冷却，前提是未来可以实现10 e-7毫巴真空水平下的光学捕获，例如，通过采用附加的主动反馈方案来在三维中稳定光阱。这为新的光-物质界面铺平了道路，使介观力学系统的室温量子实验成为可能。
2013-05-01 physics.optics quant-ph
Feedback cooling of a levitated nanoparticle in a radially polarized vector beam trap
University College London（伦敦大学学院）；David Potter Institute for Quantum Information and Spacetime, University College London（伦敦大学学院戴维·波特量子信息与时空研究所）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文学系）
本文演示了径向矢量光束陷阱中二氧化硅纳米粒子的光学悬浮与反馈冷却，实现了毫开尔文温度，为利用结构光抑制悬浮量子光力学中的加热效应奠定了基础。
2026-09-28 physics.optics quant-ph
Quantum squeezing of a levitated nanomechanical oscillator
通过快速改变振荡频率，实验实现了悬浮纳米粒子运动的量子压缩，速度方差降至基态的-4.9 dB，为宏观量子力学研究提供了平台。
2025-04-24 physics.optics quant-ph
Achievability of Quantum Regime in Optomechanics of Electromagnetically Levitated Nanoparticles: Inclusion of Gradient Force Fluctuations
与直觉相反的是，实验表明，当环境压力降低到一定水平以下时，即使粒子的运动被基于谐振器或基于反馈的机制冷却，电磁悬浮粒子也会从陷阱中逃脱。在这里，我们从理论上表明，环境压力必须保持远高于临界值所产生的梯度力波动（即，电磁力的一部分的波动，其哈密顿量在粒子的位置上是二次的）。此外，我们考虑其他力的波动，并确定不同的实现反馈冷却是否能够达到基态。在一些实现中，冷却速率必须保持远低于由反馈引起的梯度力波动引起的临界值。
2019-05-06 physics.optics quant-ph
Scalable all-optical cold damping of levitated nanoparticles
悬浮动力学领域在控制和研究悬浮纳米颗粒的运动方面取得了重大进展。运动控制依赖于经由腔的自主反馈或经由外力的基于测量的反馈。基于测量的单个纳米颗粒的基态冷却的最近演示采用线速度反馈，也称为冷阻尼，并且需要经由外部电极在带电粒子上使用静电力。在这里，我们介绍了一种新的全光冷阻尼方案的基础上的陷阱位置的空间调制，可扩展到多个粒子。该方案依赖于使用可编程的光镊，以提供完全独立的控制陷阱频率和每个镊子的位置。我们表明，该技术冷却的质量中心运动的粒子下降到$17\,$ mK在压力为$2 \times 10^{-6}\,$毫巴，并证明其可扩展性，同时冷却两个粒子的运动。我们的工作为研究粒子之间的量子相互作用铺平了道路，实现了粒子运动的3D量子控制，而无需基于腔的冷却，电极或带电粒子，并探测悬浮光机械系统中的多体纠缠。
2022-05-09 physics.optics quant-ph
A levitated nanoparticle as a classical two-level atom
单个光学悬浮纳米粒子的质心运动类似于三个非耦合谐振子。我们展示了如何一个合适的调制的光阱势可以引起两个这些振荡器之间的耦合，使他们的动力学是由一个经典的运动方程，类似于薛定谔方程的二能级系统。基于实验数据，我们说明了这个参数耦合系统的动力学在频域和时域。我们讨论的局限性和差异的力学模拟相比，一个真正的量子力学系统。
2017-04-07 physics.optics quant-ph
Magneto-quantum-nanomechanics: ultra-high Q levitated mechanical oscillators
具有超长运动相干时间的工程纳米力学量子系统允许在超灵敏量子传感、运动量子存储器和量子信息的其他载体（诸如光子、量子点和超导系统）之间的运动界面中的应用。为了实现超高的动态Q值，必须努力消除各种形式的动态噪声和发热。我们研究了一个磁纳米力学量子系统，该系统由一个3D排列的微型超导回路组成，该回路稳定地悬浮在一个静态的非均匀磁场中。由此产生的动子Q受到环中超电流的微小衰减的限制，可能高达Q~10^（10）。我们研究了悬浮超导系统的经典和量子动力学，并证明了它是稳定捕获的，可以实现几十MHz的运动振荡频率。通过感应耦合这个悬浮物体到附近的通量量子位，我们进一步表明，通过驱动量子位，可以冷却悬浮物体的运动，并且在共振的情况下，这可以冷却物体的垂直运动接近其基态。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral state conversion in a levitated micromechanical oscillator with in situ control of parameter loops
具有增益和损耗的物理系统可以用非厄米哈密顿量来描述，该哈密顿量在例外点（EP）处退化。近年来，人们对非厄米系统的许多新的和意想不到的特性进行了研究。其中最吸引人的一个特点是，当一个EP被动态地包围时，手性态会发生转变。在这里，我们提出了一个易于控制的悬浮微粒系统，携带一对EP和实现缓慢的演变的哈密顿沿回路中的参数平面。利用可控制的旋转角度和增益损耗系数，我们可以在原位控制环路的结构、大小和位置。我们证明，在能量表面的拓扑结构和非绝热跃迁（NAT）的共同作用下，手征行为出现沿环环绕EP，甚至沿直线路径远离EP。这一工作拓宽了手征态转换的参数空间范围，为探索异常点物理的有趣性质提供了一个有用的平台。
2020-10-21 quant-ph
