Coherent Cancellation of Backaction Noise in optomechanical Force Measurements
光机械探测器已经达到了位置和力传感的标准量子极限，其中测量反作用噪声开始成为灵敏度的限制因素。M. Tsang和C.物理学中的洞穴。105 123601（2010）。我们提供了这种方法的详细分析，并评估其优点，要求和局限性。我们的结论是，基于微光学机械系统的原理证明演示是苛刻的，但可能的。然而，对于与引力波探测器相关的参数，对反作用规避的要求似乎是禁止的。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall gr-qc quant-ph
Quantum backaction and noise interference in asymmetric two-cavity optomechanical systems
我们研究了腔阻尼不对称性对“中间膜”光学机械系统中反作用的影响，其中机械模式调制两个光子模式之间的耦合。我们表明，在绝热极限下，该系统一般实现了耗散的光机耦合，与有效的位置相关的光子阻尼率。由此产生的量子噪声干涉可用于基态冷却未分辨边带区的机械谐振器。我们明确地展示了量子噪声干扰如何控制线性反作用效应，并表明这种干扰即使在绝热极限之外也会持续存在。对于极端坏腔极限中的单口腔，干涉允许消除所有线性反作用效应。这允许位置平方的连续测量，对单光子光机械耦合强度没有严格的限制。相比之下，这种完全抵消在良好腔极限中是不可能的。这对机械能的量子非破坏测量所需的光机耦合施加了严格的限制，即使在单端口设备中也是如此。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Backaction-evading measurement of entanglement in optomechanics
我们在这里提出了一个完全反作用规避计划的测量两个纳米机械谐振器之间的纠缠。该系统由两个机械振荡器组成，通过辐射-压力相互作用项耦合到电磁谐振腔的单模，由两个泵浦音和四个探测音驱动。如先前在文献中所讨论的，前者诱导两个机械振荡器之间的纠缠，而我们在这里表明，检测音调的相位和幅度的特定选择允许直接成对重建属于量子力学自由子空间的机械振荡器的集体正交波动，从而提供两个机械谐振器的纠缠特性的直接证据。
2019-07-23 quant-ph
Intracavity-squeezed optomechanical cooling
宏观机械谐振器的量子基态冷却对基础物理和应用科学都具有重要意义。传统的激光冷却方法受到量子反作用的限制，需要通过机械边带分解才能冷却到基态。提出了利用腔内光压缩来突破量子反作用极限的设想。它对所有的耗散通道都产生量子干涉，并且在某些情况下可以完全消除腔耗散和由此产生的量子反作用的影响，并且无论边带分辨率如何都具有低得多的冷却极限。我们表明，我们的计划，使基态冷却在高度未解决的边带限制，它也超出了弱耦合制度，这提供了机会，宏观力学系统的量子操纵。
2019-10-11 physics.optics quant-ph
Optomechanical cooling beyond the quantum backaction limit with frequency modulation
在通常的光机械冷却中，即使系统没有热元件，它仍然有一个量子极限-称为量子反作用极限（QBL）-与散粒噪声有关的最小声子数。通过研究光机系统（OMS）的边带冷却机制，发现在系统中引入能够抑制Stokes加热过程的频率调制（FM），可以显著改善边带冷却。我们分析并论证了在标准OMS的整个稳定区中声子数低于QBL重新定义的原因。通过数值求解从具有宽系统参数的量子主方程导出的二阶矩的微分方程，进一步检查上述分析，所述宽系统参数范围从弱耦合（WC）到超强耦合（USC）和分辨边带（RSB）到未分辨边带（USB）制度。与没有FM的情况相比，即使在常规的不稳定区，也可以实现稳定的基态冷却。
2018-11-14 quant-ph
Optimal limits of cavity optomechanical cooling in the strong coupling regime
介观机械谐振器的激光冷却无论是在理论研究还是在实际应用中都具有重要意义。我们提供了一个一般的框架来描述强耦合制度的腔辅助反作用冷却。通过对冷却动力学的研究，我们发现平均声子数的时间演化是依赖于频率混合的光-机耦合强度的函数。进一步的分析结果表明，当系统本征模满足频率匹配条件时，可得到最佳冷却极限。本文还提出了用动态耗散冷却方法降低瞬态冷却极限的方法。研究结果为强耦合条件下介观机械谐振器的反作用冷却优化提供了指导。
2014-11-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamic dissipative cooling of a mechanical oscillator in strong-coupling optomechanics
介观机械谐振器的冷却是腔光学力学中的主要问题。在这里，在强光机耦合制度，我们建议动态控制腔耗散，这是能够显着加快冷却过程，同时强烈抑制加热噪声。此外，动态控制能够克服量子反作用，并将冷却极限降低几个数量级。动态耗散控制提供了新的见解裁剪的光-机相互作用，并提供了探索宏观量子物理的前景。
2013-03-15 physics.optics quant-ph
Force Tracking in Cavity Optomechanics with a Two-Level Quantum System by Kalman Filtering
本文研究了用卡尔曼滤波方法对具有反作用噪声的二能级光机系统中时变力的波形估计（跟踪）。假设反作用和测量噪声是高斯白噪声。通过对连续时间光机系统进行离散化处理，利用无偏最小方差卡尔曼滤波估计系统的状态。在外力也是离散时间的条件下，得到了时变力的估计量。此外，力估计的精度，描述的均方误差，从理论上推导。最后，通过数值算例比较了理论精度和数值精度，说明了该算法的可行性。
2019-03-04 quant-ph
Laser cooling of a micromechanical membrane to the quantum backaction limit
光的辐射压力可以起到阻尼和冷却机械谐振器的振动运动的作用。在理解这种冷却的量子极限时，必须考虑散粒噪声波动对最终热占据的影响。在腔中的光机械边带冷却中，由腔线宽结合散粒噪声波动定义的有限斯托克斯拉曼散射决定了量子反作用极限，类似于原子激光冷却的多普勒极限。在我们的工作中，我们边带冷却到量子反作用极限，通过使用微机械膜预冷在稀释冰箱。监测光学边带允许我们直接观察机械物体与光浴达到热平衡。
2015-10-13 physics.optics quant-ph
Observation of Optomechanical Quantum Correlations at Room Temperature
通过将激光照射通过纳米机械光束，我们测量光束的热驱动振动，并在海森堡测量扰动不确定性关系所决定的水平上用光学力扰动其运动。这种量子反作用通常难以在室温下观察到，其中由光量子强度波动驱动的运动比热运动小许多数量级。我们展示了一种互相关技术，以区分光驱动的运动从热驱动的运动，观察这种量子反作用签名到室温。虽然通常很难绝对校准光学检测，但我们使用由基本常数确定的量子相关性的尺度来衡量热运动的大小，展示了一条通往量子力学校准刻度的绝对测温的道路。
2016-05-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical Cooling without Residual Heating
Ulm University（乌尔姆大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心（DLR））
该研究通过主动非线性驱动消除残留加热，实现无需加热的光学机械冷却，突破传统冷却方案的温度限制。
2025-11-26 quant-ph
Near-field cavity optomechanics with nanomechanical oscillators
腔增强的辐射压力之间的光学和机械自由度的耦合允许量子限制的位置测量，并引起动态反作用，使放大和冷却的机械运动。在这里，我们展示了纯粹的色散耦合的高Q纳米机械振荡器的超高精细度光学微谐振器通过其倏逝场，扩展腔光学机械纳米机械振荡器。动态的反作用介导的光偶极力的观察，导致激光般的相干nanomechanical振荡仅仅是由于辐射压力。此外，实现了亚fm/Hz^（1/2）位移灵敏度，测量不精确度等于标准量子极限（SQL），这与纳米机械振荡器的零点波动一致。在SQL和纳米机械振荡器的辐射压力动态反作用的不精确性的实现可能不仅对检测机械系统中的量子现象有影响，而且对各种其他精密实验也有影响。由于近场耦合方法的灵活性，它可以很容易地扩展到一组不同的纳米机械振荡器，特别是提供了一条路线的实验辐射压力量子反作用在室温下占主导地位，使有质动力压缩或QND测量。
2009-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Piezo-orbital backaction force in a rare-earth doped crystal
本文研究室温稀土掺杂晶体在共振原子激发下的机械响应，识别出保守压电轨道机制与耗散光热过程两类光机械反作用，为混合光机械学及超相干稀土离子退相研究提供新方向。
2023-09-12 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.optics
Negative Backaction Noise in Interferometric Detection of a Microlever
反射镜位移的干涉检测本质上受到激光散粒噪声的限制。然而，在实践中，它往往受到热噪声的限制。在这里，我们报告在液氦温度下进行的实验，以克服热噪声的限制，并调查经典的激光噪声的影响，形成一个法布里-珀罗腔与光纤的微杠杆。频谱噪声密度示出了接近谐振频率的反作用噪声的负贡献区域。我们解释这种噪声降低作为一个相干耦合的微杠杆的激光强度噪声。这种光学机械效应可以用于提高检测灵敏度，如在超出标准量子极限的提案中所讨论的。
2011-07-22 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Cavity quantum optomechanics with an atom-array membrane
我们考虑一个量子光力学方案，其中有序的二维激光囚禁原子阵列被用作可移动的膜。原子的极轻质量产生非常强的光机耦合，而它们的空间秩序在很大程度上消除了散射损失。我们表明，这种组合打开了量子光学力学非线性，以及在最终的单光子强耦合制度的方式。作为一个例子，我们分析了观察光机械诱导的量子效应，如光子封锁和时间延迟的非经典关联的可能性。我们讨论了新的机会打开的阵列原子的内部状态的光学机械反作用。
2020-06-02 quant-ph
Characterization of Linear Measurements in Cavity Optomechanics: Examples and Applications
Palacký University（帕拉茨基大学）
本文提出一套基于品质因数的腔光机械线性测量表征形式体系，分析位移探测、相干量子噪声消除与量子非破坏测量，并据此设计悬浮动力学中的相干散射QND方案。
2026-10-19 quant-ph
Quantum measurement backaction from a BEC coupled to a mechanical oscillator
我们从理论上研究了一个由宏观机械膜和旋量玻色-爱因斯坦凝聚体通过一个附着在膜中心的纳米磁体磁耦合组成的混合光机械系统的动力学。我们证明，这种耦合使我们能够间接监测的质量中心的位置，通过测量凝聚原子的自旋的膜。这些测量通常会引起一个显着的反作用的膜运动，我们量化的情况下，膜的热和相干的初始状态。我们讨论了通过重复测量来测量量子反作用的可能性。我们还研究了通过这种重复测量产生膜的非经典状态，特别是薛定谔猫态的潜力。
2011-06-24 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
Optomechanical damping as the origin of sideband asymmetry
腔光学力学中的边带不对称性已被解释为粒子产生和湮灭过程，其赋予每个相应边带的振幅与'n+1'和'n'激发成比例。我们讨论了这个问题以及其他解释，如量子反作用和噪声干扰，并表明，不对称性是由于光机械阻尼所造成的探针和冷却激光器代替。
2022-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Suppression of extraneous thermal noise in cavity optomechanics
在腔光机系统中，外来热运动可以限制位移灵敏度和辐射压力效应，如光学冷却。在这里，我们提出了一个有源噪声抑制方案及其实验实现。主要的挑战是选择性地感测和抑制外来的热噪声，而不影响振荡器的运动。我们的解决方案是监测两种模式的光学腔，每种模式对振荡器的运动具有不同的灵敏度，但对外来的热运动具有相似的灵敏度。该信息用于将"抗噪声"标记到入射激光场的频率上。在我们的系统中，基于耦合到Fabry-Pérot腔的纳米机械膜，模拟和实验表明，可以选择性地抑制外来的热噪声，并且可以减少对光学冷却的相关限制。
2011-12-14 physics.optics 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
Optical Backaction-Evading Measurement of a Mechanical Oscillator
量子力学对谐振子的连续位置测量的精度施加了限制，这是由于测量场中的量子涨落引起的量子反作用。已经提出了各种技术来超越这个标准的量子限制，如变分测量，频闪量子非破坏和双音反作用规避（BAE）测量。后者通过仅监测运动的两个非对易正交中的一个来进行。这种技术最初是在引力波探测的背景下提出的，迄今为止还没有使用光学干涉仪实现。在这里，我们展示了连续的双音反作用规避测量的本地化GHz频率的光子晶体纳米梁低温和光机械冷却在$^3$他缓冲气体低温恒温器接近基态的机械模式的光域。采用量子限制光外差探测，我们明确地显示了从传统的反作用规避测量的过渡。我们观察到高达0.67 dB（14%）的总测量噪声减少，从而证明了BAE测量的可行性，在纳米机械谐振器的运动和力的光学超灵敏测量。
2018-09-04 quant-ph
Quantum Noise Suppression Beyond the Standard Quantum Limit in a Hybrid Magnonic Optomechanical System
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）
研究通过混合腔光机械平台设计降低量子测量噪声，利用磁子介导动力学提升灵敏度，实现辐射压力反作用完全抑制和OPA泵浦增益提升，突破标准量子极限。
2026-04-17 physics.optics quant-ph
Quantum limited measurements with lossy optical cavity enabled by dissipative optomechanical coupling
我们分析了一个腔光学机械装置，其中振荡器的位置调制光损耗。我们表明，在这样的设置量子有限位置测量可以进行，如果外腔耦合率匹配的光损耗率，一个条件称为“临界耦合”。此外，在这种条件下，该装置表现出许多潜在的好处，实际操作，包括完全没有动态反作用，因此光机械不稳定性，并拒绝经典的激光噪声和热波动的腔频率从测量记录。我们提出了两种实现方案：一种是基于信号回收的迈克尔逊型干涉仪，另一种是基于法布里-珀罗腔中的倾斜膜。
2019-03-26 quant-ph
Ultra-precision quantum sensing and measurement based on nonlinear hybrid optomechanical systems containing ultracold atoms or atomic Bose-Einstein condensate
本文主要研究如何将超冷原子系综或原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）与电磁辐射压耦合的量子微纳机械振荡器（MO）构成的混合光机械系统（OMS）作为超精密量子传感器来测量微弱信号。众所周知，在任何精确的量子测量中，测量的散粒噪声（SN）和反作用噪声之间的竞争对测量精度产生限制，这就是所谓的标准量子极限（SQL）。在信号强度甚至低于SQL的情况下，需要执行超精度量子传感来击败SQL。为此，我们回顾了在混合OMS中超越SQL的三种重要方法：（i）量子非破坏（QND）变量的反作用规避测量，（ii）相干量子反作用噪声消除（CQNC），以及（iii）所谓的参数传感，同时信号放大和SQL下的附加噪声抑制。此外，我们在这篇文章中首次展示了驱动激光相位的经典波动，即所谓的激光相位噪声（LPN），如何影响标准OMS中输出光场的功率谱，并引起额外的印象噪声，使总的系统噪声增加到SQL以上。此外，在这次审查中首次表明，在标准OMS中，不可能在同时抑制SQL以下的噪声的同时放大信号。
2021-03-18 quant-ph
Stroboscopic quantum optomechanics
我们考虑由短脉冲训练驱动的光机械腔。通过适当地选择脉冲间距，我们表明，基态冷却和机械压缩可以实现，即使在存在机械耗散和适度的辐射压力相互作用。我们提供了一个完整的频闪反作用规避测量的量子力学治疗，我们给出了一个简单的分析见解，并讨论了压缩力学态的制备和验证。我们进一步考虑频闪驱动的一对非相互作用的机械谐振器耦合到一个共同的腔场，并表明，他们可以同时冷却和纠缠。频闪量子光学力学将机械系统的基于测量的量子控制扩展到良好腔极限之外。
2020-07-03 quant-ph
Suppression of Stokes scattering and improved optomechanical cooling with squeezed light
我们发展了一个压缩输入光场的光机冷却理论。我们表明，斯托克斯加热跃迁可以抑制\emph{fully}时，驱动场被压缩低于真空噪声水平在适当选择的压缩相位和有限的压缩量。因此，对激光冷却的量子反作用极限可以降低到零，并且所得到的最终温度然后仅由热声子数与光机械协同性参数之间的比率确定，而与腔线宽和机械频率的实际值无关。因此，用压缩输入场驱动允许制备纳米机械谐振器，即使具有低谐振频率，在它们的量子基态中具有非常接近1的保真度。
2016-11-14 quant-ph
Cavity optomechanics with whispering-gallery-mode optical micro-resonators
光学和机械自由度的参数耦合形成了许多力和机械位移的超灵敏测量的基础。具有机械柔性边界的光学腔增强了光机械相互作用，但也产生了定性的新耦合动力学。早在1967年，在一项开创性的工作中，V. Braginsky从理论上分析了辐射压力在干涉测量过程中的作用，但几十年来一直没有进行实验探索。在这里，我们使用回音壁模式（WGM）光学微谐振器来研究这些辐射压力现象。光学微谐振器同时托管光学和机械模式，其被系统地分析和优化以具有超低机械耗散、超过机械振荡周期的光子存储时间（即“解析边带制度”）和大的光机械耦合。它表明，动态反作用可以用来冷却机械模式，即，以减少它们的热激发随机运动。利用这种新的技术与低温预冷却的机械振荡器，声子占据的机械径向呼吸模式可以减少到约60个激发量子。相应的位移波动用干涉测量法监测，灵敏度为10^-18 m/Hz^（1/2），低于标准量子极限（SQL）的不精确度。它示出，这里采用的光学测量技术操作在一个接近理想的方式根据量子测量的原则，显示反作用不精确的产品接近量子极限。展望了晶体WGM谐振器的光机实验和“光机诱导透明”效应（类似于电磁诱导透明）。
2010-03-30 quant-ph
Cavity-mediated coupling of mechanical oscillators limited by quantum backaction
一个复杂的量子系统可以通过简单的量子元素相互耦合来构建。例如，俘获离子或超导量子比特可以通过库仑相互作用耦合，通过虚光子的交换来介导。或者，量子物体可以通过交换实光子来耦合，特别是当在谐振器内驱动时，谐振器放大了与单个电磁模式的相互作用。然而，在这样的开放系统中，耦合信道传送量子信息或产生纠缠的能力可能受到损害。在这里，我们实现了两个空间分离的，近基态的机械振荡器之间的相位相干相互作用的驱动光学腔。我们还观察到的光耦合，这导致在相关的两个振荡器的机械波动所赋予的噪声。实现量子反作用占主导地位的制度打开了大门，许多应用腔光学力学与复杂的机械系统。因此，我们的结果说明了量子物体与光耦合的潜力和挑战。
2015-05-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Optomechanical sideband asymmetry explained by stochastic electrodynamics
在随机电动力学的框架内，我们推导了激光束从悬挂镜反射的噪声谱。电磁场遵循麦克斯韦方程组，由确定性部分和随机性部分描述，确定性部分解释了激光场，随机性部分解释了热和零点背景波动。同样，镜面运动满足牛顿运动方程，由确定性和随机性部分组成，类似于朗之万方程。我们考虑一个光电探测器，它记录了从反射镜反射的场的功率，反射镜与频移参考光束干涉（外差干涉）。我们从理论上表明，光电探测器信号的功率谱密度是由四个部分组成：（i）一个确定性项与拍音符，（ii）散粒噪声，（iii）的实际外差信号的反射镜运动和（iv）交叉项之间的相关性测量噪声（散粒噪声）和反作用噪声（辐射压力散粒噪声）。后者引起拉曼边带不对称观察与超冷原子，腔光学力学和悬浮的纳米粒子。我们的经典理论完全再现了实验观测，并与量子理论处理所获得的结果一致。
2022-10-04 physics.optics quant-ph
Cavity nano-optomechanics in the ultrastrong coupling regime with ultrasensitive force sensors
在正则光机系统中，机械振动被动态编码在光学探测场上，该光学探测场不可逆地施加反作用力。由于宏观振荡器实现的弱单光子耦合强度，大多数现有的实验都是用大光子数进行的，以实现相当大的效果，从而导致原始光机械非线性的稀释。在这里，我们研究的光机械相互作用的超灵敏悬浮纳米线插入在基于光纤的微腔模式。这种实现方式允许进入到迄今为止尚未探索的超强光机械耦合制度，其中一个单一的腔内光子可以取代振荡器超过其零点波动。为了充分表征我们的系统，我们实现了基于MEMS的扫描探针测量，以映射矢量光机械耦合强度，但也揭示了纳米线所经历的腔内光机械力场。这项工作确立了单光子腔光学力学制度是在实验范围内。
2019-04-01 quant-ph
Suppression of quantum-radiation-pressure noise in an optical spring
微纳米加工技术的最新进展使得光机系统的性能得到了相应的改善，这为量子限制计量学和宏观力学对象中量子行为的研究提供了一条有前途的途径。达到量子状态的一个主要障碍是热激发，对于足够高的机械品质因数Q，可以克服热激发。在这里，我们提出了一种方法，用于增加机械谐振器的有效Q值，通过线性光学机械系统所表现出的光学弹簧效应来加强它，并展示了如何通过传感和反馈控制来避免相关的量子辐射压力噪声。在用当前技术可获得的参数范围中，该方法允许在远低于迄今为止已经实现的频带的频带中实现现实的量子腔光学力学。
2013-12-05 physics.optics quant-ph
Photon-assisted entanglement and squeezing generation and decoherence suppression via a quadratic optomechanical coupling
纠缠和量子压缩因其非经典特性在量子技术中有着广泛的应用。在这里，我们研究了开放的自旋光机械系统中的纠缠和量子压缩，其中Rabi模型（自旋耦合到机械振子）通过二次光机械耦合耦合到辅助腔场。我们发现，它们的性能可以通过辅助腔的光子，这来自于光子相关的自旋振荡器耦合和失谐的调制。具体地说，可以实现完全可切换的自旋-振子纠缠，同时也实现了强的机械压缩。此外，我们还研究了环境引起的退相干和耗散，发现它们可以通过增加光子数来减轻。这一工作为利用二次光力学操纵腔量子电动力学中的纠缠和量子压缩以及抑制退相干提供了一种有效的方法。
2019-10-15 quant-ph
Heralded single phonon preparation, storage and readout in cavity optomechanics
我们从理论上分析了如何利用机械振子与光腔场之间的辐射压耦合以预示的方式产生机械运动的单量子（Fock态），并按需释放存储的激发作为单光子。从接近其基态的振荡器开始，激光泵浦上运动边带导致动态反作用放大和相关光子-声子对的产生。因此，一个斯托克斯光子的探测将宏观振荡器投射到单声子福克态。这种机械状态的非经典性质可以通过在下边带上应用读出激光（即光学冷却）以将声子状态映射到光子模式，以及通过对反斯托克斯光子进行自相关测量来证明。我们讨论了我们的建议的相关性，为未来的腔光学力学作为一种使量子技术。
2014-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Force sensing in an optomechanical system with feedback-controlled in-loop light
量子控制技术在宏观尺度上的应用为我们提供了基础物理和实际应用的机会。其中，基于测量的反馈可以有效地控制光学机械系统和量子增强传感。在本文中，我们提出了一种近共振窄带力传感器，具有极低的光学附加噪声的光学机械系统受到反馈控制的环内光。由于反作用噪声和不精确噪声的存在，膜的内禀运动（包括零点运动和热运动）受到测量附加噪声的影响。我们表明，在最佳的低噪声制度，该系统是类似于一个光机械系统包含一个近量子限制的光参量放大器耦合到一个工程水库与腔相互作用。因此，反馈回路增强了系统对输入的机械响应，同时保持测量的光学附加噪声低于标准量子极限。此外，基于反馈的系统提供比没有反馈的相同系统大得多的放大带宽。
2021-06-21 quant-ph
Enhanced sensing of optomechanically induced nonlinearity by linewidth suppression and optical bistability in cavity-waveguide systems
研究了腔-波导耦合系统中光机械非线性效应的增强传感。该系统的哈密顿量是反对称PT对称的两个参与腔通过波导耗散耦合。当引入弱波导介导相干耦合时，反PT对称性可能被破坏。然而，我们发现在腔共振附近，腔强度对OMIN有很强的响应，这得益于真空诱导相干引起的线宽抑制。光双稳和线宽抑制的联合效应是仅含耗散耦合的反PT对称系统所不能达到的。由于这一点，灵敏度大大提高了两个数量级相比，反对PT对称模型。此外，灵敏度示出了对相当大的腔衰减的电阻和对腔波导失谐中的波动的鲁棒性。该方案基于光机械腔-波导集成系统，可用于测量与单光子耦合强度相关的各种物理量，在高精度测量Kerr非线性物理系统中具有潜在的应用价值。
2022-11-21 quant-ph
Theoretical analysis of mechanical displacement measurement using a multiple cavity mode transducer
我们提出了一种光机械位移传感器，它依赖于三个腔模式参数耦合到一个机械振荡器，其频率间隔匹配的机械谐振频率。额外的谐振允许在大幅降低的输入功率下达到标准量子极限（与仅一个谐振的情况相比），因为灵敏度和量子反作用都得到增强。此外，它表明，在多腔模式的情况下，模式之间的耦合是通过水库相互作用，例如，从而实现量子反作用噪声消除。实验实现的计划进行了讨论，在光学和微波域。
2009-09-08 quant-ph
High-purity quantum optomechanics at room temperature
本研究通过相干散射冷却光学悬浮二氧化硅纳米粒子至量子基态，在室温下实现92%状态纯度，超越低温机械夹紧振子性能，为室温高纯度量子光力学提供新平台。
2024-12-18 quant-ph
Combining quantum noise reduction resources: a practical approach
本文研究高带宽冲量探测中的量子降噪问题，提出将压缩光与量子非破坏测量结合用于光机械传感器，并证明QND反作用规避能显著降低宽带力探测的技术挑战，为提升冲量计量灵敏度提供实用路径。
2025-05-08 quant-ph
A general approach to backaction-evading receivers with magnetomechanical and electromechanical sensors
本文提出利用传统电磁换能器实现规避反作用的直接速度测量理论模型，通过构建玩具模型评估测量噪声，发现读出方案选择决定对机械子系统位置或速度的获取，为暗物质粒子直接探测等基础物理实验指明了方向。
2023-11-16 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
Noise suppression of on-chip mechanical resonators by chaotic coherent feedback
提出了一种通过引入混沌相干反馈回路使光机械系统中的纳米机械谐振器与环境噪声解耦的方法。我们发现，反馈回路中的混沌控制器可以调制受控光机系统的动力学和诱导宽带响应的机械模式。机械模式的这种宽带响应将切断机械模式与环境之间的耦合，从而抑制机械模式的环境噪声。作为应用，我们使用受保护的光机系统作为量子存储器。结果表明，噪声解耦的光机械量子存储器可以有效地存储相干光或压缩光传输的信息。
2015-04-19 quant-ph
Force sensing in hybrid Bose-Einstein condensate optomechanics based on parametric amplification
本文提出了一种力传感器的方案，它由一个含有相互作用的雪茄状玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的混合光机械腔构成，其中BEC原子的\textit{s}波散射频率以及腔运动端镜（机械振子）的弹簧系数都是参数调制的。结果表明，在红失谐区和所谓的阻抗匹配条件下，系统对输入信号的机械响应大大增强，导致微弱输入信号的放大，而附加的测量噪声（反作用噪声）可以被抑制并降低到标准量子极限（SQL）以下。以这种方式，这样的混合系统作为超灵敏力传感器操作，其可以放大输入信号并且同时通过控制调制的幅度和系统协同性来抑制所添加的噪声。与光机械谐振腔相比，机械调制和原子调制的非线性混合系统的优点是信号放大率的提高和放大带宽的扩展。
2019-07-18 quant-ph
Controlling mode orientations and frequencies in levitated cavity optomechanics
腔光力学提供量子冷却，量子控制和小型机械振荡器的测量。然而，支撑量子控制的光学反作用可以显著地干扰振荡器模式：在强耦合区域中，光学弹簧效应和光-物质杂化使机械频率移动;机械模式通过腔模式彼此杂化。这在悬浮光学力学领域中甚至更加相关，其中光学捕获完全确定机械模式及其频率。在这里，使用的相干散射（CS）的设置，允许量子基态冷却的悬浮纳米粒子，我们表明-当捕获远离一个节点的腔驻波-CS场反对光学弹簧位移和机械模式杂交。在一个最佳的抵消点，独立于大多数实验参数，我们实验证明，它是可能的强烈腔冷却和控制的{\em未扰动}模式。通过测量$S_{xy}(ω)$相关谱来量化$x-y$平面中的腔诱导模式杂交的抑制，所述相关谱被认为总是反相关的，除了在它们变得不相关的抵消点处。这些发现对使用CS设置的定向力感测具有影响。
2022-06-02 quant-ph
Classical stochastic measurement trajectories: Bosonic atomic gases in an optical cavity and quantum measurement backaction
我们制定计算效率的经典随机测量轨迹的多模量子系统在连续观测。具体地说，我们考虑的非线性动力学的原子玻色-爱因斯坦凝聚体包含在一个光学腔的光泄漏的连续监测。经典轨迹在经典相空间表示中编码以给定检测记录为条件的连续量子测量过程。我们导出了一个Fokker-Planck方程的组合凝聚腔系统的准概率分布。我们解开的动态随机经典轨迹的条件下，连续监测系统的量子测量过程中，这些轨迹忠实地代表测量记录的个人实验运行。由于多原子系统中连续测量的可观测量的动力学可以用经典动力学近似，该方法提供了一种计算大型多模量子系统测量记录的数值有效和精确的方法。一个大的原子云的连续监测动力学的数值模拟显示相当波动的相位分布在不同的测量轨迹之间，而合奏平均表现出局部空间变化的相位退相干。单独的测量轨迹导致空间斑图形成和光机械运动，其仅由测量反作用产生。以光子的探测记录为条件的连续量子测量过程的反作用自发地打破了凝聚体的空间轮廓的对称性，并且可以被定制为选择性地激发集体模式。
2014-08-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Noise-Limited Sensitivity in Cavity Optomechanical Molecular Sensing Enabled by Quantum Zero-Point Displacement Coupling and Strong Photon-Phonon Interaction for Chiral Detection
本文提出多层混合等离激元-机械谐振器的量子极限光机械平台，利用零点运动与强光子-声子耦合实现亚皮牛力噪声下的手性分子实时区分。
2025-07-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum state purity versus average phonon number for characterization of mechanical oscillators in cavity optomechanics
高斯态中的量子振子通常由平均占据数表征，平均占据数指的是非相互作用振子哈密顿量的本征态的基础。我们认为，量子态纯度是这种态的一个更合适的特征，它可以应用于任何维数的振子。对于一维振荡器，状态纯度与相对于其中振荡器的量子态是热的数态基定义的热占据数直接相关。因此，它自然地引入了一个更通用的平均占用数的定义。我们特别研究了一维和二维机械振荡器的光机械边带冷却，并推导出在量子反作用极限下可实现的最大机械态纯度的精确解析表达式。在一维振荡器的情况下，我们表明，与纯度相关的热占据数可以很好地近似的平均声子数在弱耦合制度，但这两个不同的制度的超强光机械耦合或在振荡器的共振频率是强烈重整化的情况下。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling mechanical resonators to quantum ground state from room temperature
介观机械谐振器的基态冷却是检验量子理论和实现量子信息的基本要求。我们分析了在中间耦合制度，其中光增强的光机耦合强度是可比的腔衰减率的腔光机冷却限制。结果表明，在这一区域，强耦合和弱耦合区域的冷却都突破了极限。在腔衰减率和耦合强度的最佳条件下，解析地导出了最低冷却极限。实质上，冷却到量子基态需要$Q_{\mathrm{m}}>2.4n_{\mathrm{th}% }$，其中$Q_{\mathrm{m}}$是机械品质因数，而$n_{\mathrm{th}}$是热声子数。值得注意的是，基态冷却是可以实现的，从室温开始，当机械$Q$ -频率产品$Q_{\mathrm{m}}{ν>1.5}\times10^{13}$，腔衰减率和耦合强度超过热退相干率。我们的研究为优化介观机械谐振器的反作用冷却提供了一个总体框架。
2014-06-28 physics.optics quant-ph
Coherent noise cancellation in optomechanical system with double optical modes
相干量子噪声消除（CQNC）策略已在单模光机系统中执行，以促进超灵敏的计量协议，以突破标准量子限制。CQNC的核心思想是通过将光模耦合到一个近共振的辅助模上来抵消由辐射压力和驱动引起的反作用噪声。在本工作中，一个连续的弱力传感器下CQNC的双模光机系统，由两个光学模式具有不同的频率和机械模式。特别地，在通过驱动较高频率的光模式、探测较低频率的光模式以及将探测模式耦合到辅助模式的非对称处理下，我们的配置可以用于类似于传统的CQNC感测。更重要的是发现，目前的CQNC策略同时稳定的双模系统的驱动功率的约束（Routh-Hurwitz准则）和有效的正机械阻尼（稳定的光学弹簧条件）。此外，通过利用探针模式和辅助模式之间的耦合下，这种非平凡的扩展的CQNC策略（从单模版本到双模之一），的反射波项和反向旋转项被发现是负责系统的稳定性和噪声消除，分别。在现实情况下，我们的计划可以在一个三方的光学机械设置与膜在中间和扭曲腔为基础的弱扭矩检测器。
2020-11-27 quant-ph
Continuous Force and Displacement Measurement Below the Standard Quantum Limit
量子力学规定物理测量的精度必须受到某些约束。在干涉位移测量的情况下，这些限制强加了一个“标准量子限制”（SQL），它最佳地平衡了测量的精度与其不必要的反作用。为了超越这个极限，必须设计出更复杂的测量技术，要么“避免”测量的反作用，要么巧妙地消除检测器上不需要的噪声。自SQL建立以来的半个世纪里，从LIGO到超冷原子和纳米机械设备的系统已经将位移测量推向了这一极限，各种子SQL技术已经在原理验证实验中进行了测试。然而，到目前为止，没有实验系统已经成功地证明了一个干涉位移测量的灵敏度（包括所有相关的噪声源：热，反作用，和不精确度）低于SQL。在这里，我们利用强量子相关性在超相干光机械系统，以证明非共振力和位移灵敏度达到1.5dB以下的SQL。这在机械量子传感中实现了一个突出的目标，并且进一步增强了将这种器件用于最先进的力传感应用的前景。
2018-09-27 quant-ph
Homodyne coherent quantum noise cancellation in a hybrid optomechanical force sensor
在本文中，我们提出了一个实验上可行的方案，以提高在一个混合的光学机械设置的压力检测的灵敏度，压缩真空注入辅助，超过标准量子极限（SQL）。该方案是基于一个组合的相干量子噪声消除（CQNC）的策略与变分零差检测的腔输出频谱中的本地振荡器的相位进行了优化。在CQNC中，在系统中实现负质量振荡器导致由于相消量子干涉而导致的来自力学的反作用噪声的精确消除。挤压真空注入增强了这种消除，并允许在宽频带和低得多的输入激光功率下达到亚SQL灵敏度。我们在这里表明，采用变分零差读出使我们能够增强这种噪声消除到$40 ~\mathrm{dB}$相比，检测的光输出相位正交的标准情况下，导致显着的力的灵敏度的顺序为$10^{-19} \mathrm{N}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$，约2阶增强相比，标准情况下。此外，我们表明，在非零腔失谐，信号响应可以放大在一个水平的三至五倍大于在标准情况下，没有变零差读出，提高信噪比（SNR）。最后，本文提出的变分读出CQNC可应用于其它类似光机的平台，如悬浮系统、多模光机阵列或晶体以及基于约瑟夫森的光机系统。
2022-08-26 quant-ph
Multipartite quantum entanglement in $\mathcal{PT}$-symmetric molecular optomechanics: Nonreciprocal enhancement and thermal resilience to \SI{500}{\kelvin}
University of Yaounde I（雅温得第一大学）；University of Ngaoundere（恩冈德雷大学）；Stellenbosch Institute for Advanced Study (STIAS), Wallenberg Research Centre at Stellenbosch University（斯泰伦博斯大学瓦伦伯格研究中心先进研究院）；Nantong University（南通大学）；Akal University（阿卡尔大学）
该研究提出$\mathcal{PT}$对称双腔分子光机械系统，实现高温下多体量子纠缠的非互易增强与热稳定性，突破传统光机械系统的限制。
2025-12-30 quant-ph
Exploring Nonreciprocal Noise Transfer under Onsager-Casimir Symmetry in Synthetic-Field Optomechanics
Bilkent University（比尔肯特大学）；Saint Louis University（圣路易斯大学）
该研究在合成磁场中探索非互易噪声传输，揭示回路相位和例外点对噪声流的影响，并提出非互易性度量以优化传感性能。
2026-01-02 quant-ph
Quantum Control by Imaging : The Zeno effect in an ultracold lattice gas
我们证明了超冷格子气中的量子隧穿控制的测量反作用施加的成像过程。一种{ \em in situ}成像技术用于获取限制在浅光晶格中的超冷气体的重复图像。由这些位置测量引起的反作用修改了晶格内原子的相干量子隧穿。通过平滑地改变从原子系综中提取空间信息的速率，我们观察到从位置测量对隧穿动力学几乎没有影响的“弱测量制度”到测量引起的本地化导致隧穿大抑制的“强测量制度”的连续交叉。这种对相干隧穿的抑制是量子芝诺效应的表现。我们的研究实现了在格子气中的海森堡纵格显微镜的实验演示，并揭示了量子测量对介观量子系统相干演化的影响。此外，这表明了一个强大的技术，通过空间分辨测量反作用的相互作用的多体量子系统的控制。
2014-11-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
