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
Single and two-mode mechanical squeezing of an optically levitated nanodiamond via dressed-state coherence
宏观物体的非经典态对于超灵敏度计量学和测试量子力学是有希望的。在这项工作中，我们研究了耗散力学量子态工程的光悬浮纳米金刚石。首先，我们研究了单模机械压缩态的磁耦合的机械运动到一个修饰的三能级系统提供的氮空位中心的纳米粒子。通过微波场在修饰能级之间产生量子相干性，诱导双声子跃迁，导致机械压缩。值得注意的是，我们发现在室温下，在反馈冷却的情况下，在真空中的量子压缩是可以实现的。对于中等真空，低温下的量子压缩是可能的。其次，我们提出了一个装置，两个机械模式耦合到修饰的三个能级，这导致双模压缩类似的机制的单模情况下。与以前的工作相比，我们的研究提供了一个确定性的方法来工程宏观压缩态，而无需一个腔。
2016-06-22 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
Experimental bounds on linear-friction dissipative collapse models from levitated optomechanics
本研究利用悬浮光力学实验，对新提出的线性摩擦耗散坍缩模型dDP和dCSL确立了实验参数界限，排除了两类模型对应低温区间的参数空间，为该类量子力学替代理论的实验验证提供约束。
2024-04-12 quant-ph
Magnetometry via spin-mechanical coupling in levitated optomechanics
我们分析使用光学悬浮纳米金刚石的磁力。我们考虑一个配置，其中磁场梯度耦合的机械振荡的金刚石与它的自旋自由度提供的氮空位中心。首先，我们研究了机械振子位置谱的测量。我们发现，在真空和反馈冷却的条件下，允许磁场梯度灵敏度为1 $μ$ Tm $^{-1}$ / $\sqrt{\mbox{Hz}}$。在高压和室温下，这种灵敏度降低，并且可以达到100 $m$ Tm $^{-1}$ / $\sqrt{\mbox{Hz}}$数量级的值。随后，我们表征的磁场梯度灵敏度可通过操纵的自旋自由度，使用拉姆齐干涉。我们发现，这种技术可以提供光子散粒噪声和自旋投影噪声限制的磁场梯度灵敏度为100 $μ$ Tm $^{-1}$ / $\sqrt{\mbox{Hz}}$。我们的结论是，这种混合悬浮纳米机械磁力计提供了一个有利的和通用的平台，传感应用。
2017-07-28 quant-ph
Ponderomotive squeezing of light by a levitated nanoparticle in free space
机械顺应性元件可以通过与光的相互作用而被设置成运动。反过来，这种光驱动的运动可以引起电磁场中的有质动力相关性。在光机械系统中，腔通常被用来增强这些相关性，直到它们产生光的量子压缩。在自由空间的情况下，没有使用腔，压缩的观察仍然是可能的，但由于相互作用的弱点而具有挑战性，迄今为止还没有报道。在这里，我们测量有质动力压缩状态的光散射的纳米粒子悬浮在自由空间光镊。在约$15$~kHz的带宽内，我们观察到光涨落在真空能级以下减少了高达$25$~\%。我们的研究结果很好地解释了线性偶极子之间的相互作用的纳米粒子和电磁连续。这些有质动力的相关性打开了量子增强传感和计量与悬浮系统，如低于标准量子限制的力测量的大门。
2022-02-18 quant-ph
Nonclassical states of levitated macroscopic objects beyond the ground state
机械运动的非经典态的制备决定性地证明了对这种运动的控制已经达到了量子水平。我们研究的方法来实现非经典状态的宏观机械振荡器，特别是悬浮纳米粒子。我们分析了在脉冲光机械装置中，由光的零差探测引起的悬浮粒子的条件压缩的可能性。我们专注于实验相关的悬浮系统的基态冷却是无法实现的，光机械耦合是可比的腔线宽的制度。因此，分析进行超出常规用于体光机械脉冲系统的绝热制度。结果表明，在较宽的温度范围内，悬浮粒子的量子态可以被压缩到低于基态方差。这开辟了一条道路，以测试第一次非经典控制悬浮纳米粒子超越基态。
2019-04-01 quant-ph
Wigner Function Reconstruction in Levitated Optomechanics
我们证明了魏格纳函数的重建从边缘分布的一个单一的被困粒子的运动使用零差检测。我们证明了即使在激光连续测量的作用下，悬浮光机系统也有可能产生量子态。我们描述的情况下的粒子被捕获的自由空间聚焦的激光束，明确的情况下，没有一个光学腔的光-机械耦合。我们使用该计划来重建Wigner函数的实验数据与预期的高斯分布的热状态的运动完全一致。这为在悬浮光力学中制备量子态开辟了一条途径。
2017-11-21 physics.optics 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
Detection of anisotropic particles in levitated optomechanics
讨论了椭圆偏振聚焦高斯激光束捕获各向异性粒子的探测问题。我们获得完整的旋转和平移动力学，以及，在一般的达因检测测量的光电流。作为一个例子，我们讨论了一个玩具模型的零差检测，它捕获的主要功能通常发现在实验设置。
2018-07-17 physics.optics quant-ph
Cavity optomechanics using an optically levitated nanosphere
最近，在将纳米机械系统的许多高Q模式耦合到高精细光学腔中方面取得了显着进展，其目标是达到可以观察到量子行为并将其用于新应用的制度。为了达到这个制度，这些系统和它们的热环境之间的耦合必须最小化。在这里，我们提出了一种新的方法来解决这个问题，其中光学悬浮纳米机械系统可以大大减少其热接触，同时消除由夹紧引起的耗散。通过允许的长相干时间，这种方法可能打开大门，基态冷却和相干操纵一个单一的介观力学系统或纠缠产生空间分离的系统之间，即使在室温环境中。作为一个例子，我们表明，这些目标应该是可以实现的，当机械模式由一个悬浮的纳米球的质心运动。
2009-09-17 quant-ph
Towards directional force sensing in levitated optomechanics
悬浮纳米粒子正从两个不同的角度进行深入研究：作为宏观量子相干性的潜在实现;以及作为力的超灵敏传感器，低至zeptoNewton水平，具有各种应用范围，包括寻找暗物质。未来的目标是将这两条链合并，从而能够开发量子限制传感器。在这里，我们建议，机械互相关谱$S_{xy}(ω)$提供了新的可能性：一旦检测器的不对准误差最小化，$S_{xy}(ω)$的频谱形状直接指出了外部随机力的方向，提供类似于指南针在$x-y$平面。我们对此进行分析，用于检测微观气流，但任何广谱定向力都足够了，可以直接使用有或无空腔的实验室测试力进行调查。对于腔设置，我们分析了检测器和运动模式之间的不对准不精确性，由于例如光学反作用，掩盖了有向力的签名，并展示了如何抑制它们。近量子制度，我们量化的不精确性，由于量子散粒噪声不精确的$x-y$相关效应。
2022-08-18 quant-ph
Strong Mechanical Squeezing for a Levitated Particle by Coherent Scattering
悬浮粒子是一个很有前途的平台，用于精确感测外部扰动和探测量子世界与经典世界之间的边界。这些应用的一个关键障碍是产生迄今尚未实现的非经典运动态的困难。在这里，我们表明，在可用的实验参数下，真空级以下悬浮粒子运动的强压缩是可行的。使用适当的调制的捕获势（这是不可能的与钳位机械谐振器）和相干散射的捕获光子进入腔模式，我们探索了几种策略，以实现强相位敏感的抑制机械波动。我们分析了瞬态和稳态两种情况下的机械压缩，并讨论了产生非经典机械压缩的条件。我们的研究结果铺平了道路，充分，确定性的光学机械控制悬浮粒子的量子制度。
2020-01-20 physics.optics quant-ph
Effects of linear and quadratic dispersive couplings on optical squeezing in an optomechanical system
传统的光机系统是由一个机械模和一个光学模通过线性光机耦合（Optomechanical Coupling，简称OCM）相互作用而构成的。本文研究了二次光机耦合（QOC）对传统光机系统稳定性和光学正交压缩的影响。我们的工作在解决边带限制与高品质因数的机械振荡器。与传统的光机械系统相比，我们发现，在较低的泵浦功率和较高的浴温下，QOC和双折射的存在下，可以实现腔场的强压缩。通过详细的数值计算，我们还发现存在一个最佳的QOC，在那里可以实现最大的压缩。
2015-09-27 quant-ph
Squeezing lights via a levitated cavity optomechanics
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
研究通过悬浮纳米粒子在双色腔中实现强耦合，产生超过17dB的单模 squeezed 光，突破3dB极限，同时实现双模 squeezed 光。
2021-12-30 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
Cavity Optomechanics in a Levitated Helium Drop
我们描述了一种新型的光学机械系统的基础上，是磁悬浮在真空中的一滴液氦的建议。在所提出的装置中，液滴将扮演三个角色：其光学回音壁模式将提供光学腔，其表面振动将构成机械元件，He原子从其表面蒸发将提供连续制冷。我们分析了这样一个系统的可行性，根据以前的实验演示其基本组成部分：磁悬浮的毫米级和厘米级的液滴他，蒸发冷却的He液滴在真空中，并耦合到高品质的光学回音壁模式在广泛的液体。我们发现，这些功能的组合可能会导致一个设备，接近单光子强耦合制度，由于在低温下可达到的高光学品质因数。此外，该系统提供了一个独特的机会，使用光学技术来研究在真空中自由悬浮的超流体的运动（在$^{4}\mathrm {He}$的情况下）。另外，对于一个正常的流体滴的$^3 \mathrm{He}$，我们建议利用之间的耦合液滴的旋转和振动进行量子非爆破测量的角动量。
2017-08-05 quant-ph
Optomechanical quadrature squeezing in the non-Markovian regime
量子涨落的压缩在基础量子物理中占有重要地位，对超灵敏探测有着重要影响。我们提出了一个方案，通过将光机系统暴露在非马尔可夫环境中来产生和增强机械模式的压缩。结果表明，由于腔场和非马尔可夫库场的相互作用，可以诱导出机械模的有效参数共振项，从而导致机械谐振腔的正交压缩.两种相互作用的联合可以增强压缩效应。与通常的马尔可夫状态相比，我们可以得到更强的压缩，并且压缩可以接近一个低的渐近稳定值。
2019-02-20 quant-ph
Cavity Optomechanics of Levitated Nano-Dumbbells: Non-Equilibrium Phases and Self-Assembly
光学腔中的悬浮纳米球为研究溶液外和与环境高度隔离的多体系统开辟了一条新的途径。我们表明，适当调整的光学参数允许研究的非平衡动力学的复合纳米粒子与非各向同性的光学摩擦。我们发现摩擦诱导的有序和非平衡类似物的液晶相的二聚体合奏的相变。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Near-field Levitated Quantum Optomechanics with Nanodiamonds
我们从理论上证明了嵌入在介电纳米球中的量子发射体系综的偶极力可以用来实现近场光悬浮。关键因素是嵌入式量子发射器的集合的极化率可以大于球体的体极化率，从而能够使用排斥光学势，从而使用光学近场实现悬浮。在悬浮腔量子光学力学中，这可以用于通过组合更大的极化率与质量比、更大的场梯度和更小的腔体积来增强单光子耦合，同时保持在分辨的边带状态和室温下。一个案例研究是用含有高密度的硅空位色心的纳米金刚石进行的，该纳米金刚石在锥形纳米纤维的倏逝场中光学悬浮并耦合到高精细度微球腔。
2016-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Levitated optomechanics with a fiber Fabry-Perot interferometer
近年来，从微振荡器到光子晶体等各种光学机械系统上的量子现象已被实验证实。由于单光子耦合是相当小的，大多数实验方法依赖于实现高精细法布里-珀罗腔，以提高有效的耦合。在这里，我们表明，通过利用长路径，低精细度光纤法布里-珀罗干涉仪基态冷却可以实现。我们模拟了一个100米长的腔体，精细度为10，并分析了光纤产生的额外噪声源的影响。作为一个机械振荡器，我们认为一个悬浮的微盘，但同样的方法可以适用于其他光学机械系统。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall 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
Control and measurement of electric dipole moments in levitated optomechanics
悬浮光学机械系统正迅速成为精密传感的主要工具，能够对传感器的质心运动、旋转和电荷状态进行高水平的控制。然而，电荷分布中的高阶多极矩仍然是背景的主要来源。通过对真空中悬浮微球的偶极矩施加受控旋进力矩，我们证明了偶极诱导背景的2个数量级的抵消。我们测量的偶极矩的NG-质量球，并确定其缩放与球体大小，发现主导扭矩产生的介电损耗性能的SiO $_2$球相关的诱导偶极矩。控制悬浮传感器电荷分布中的多极矩是在未来应用中充分减少背景源的关键要求。
2021-10-27 physics.atom-ph physics.optics 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
Three-dimensional squeezing of optically levitated nanospheres
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Yale University（耶鲁大学）
该研究提出通过谐振势频率跳跃实现三维光学悬浮纳米球的压缩，以超越标准量子极限，实现对弱冲击的量子增强检测。
2026-01-29 hep-ex physics.ins-det 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
Coherent Scattering-mediated correlations between levitated nanospheres
我们探讨了多个光悬浮纳米球通过相干散射光机相互作用与一个共同的光学腔相互作用之间的纠缠产生。我们推导出的多粒子哈密顿系统的幺正演化，并表明，它引起的设置的各个分区之间的量子关联，以下的纠缠出生，死亡和复活的非马尔可夫动力学。我们还考虑了系统耦合到外部环境的影响，并表明在合理的实验条件下，即使在室温下，机械模式之间的纠缠也可以生存。它的依赖于纳米粒子的数量，他们的初始温度和耦合强度进行了研究。开发了一个数值工具箱，用于模拟高斯光机态及其信息测度的闭态和开态动力学。
2021-07-05 quant-ph
Controllable generation of mechanical quadrature squeezing via dark-mode engineering in cavity optomechanics
研究通过合成规范场打破暗模效应，在腔光力学系统中实现机械正交压缩的可控生成，显著提升热噪声容忍度，为抗噪声量子资源生成提供新机制。
2023-07-28 quant-ph
Near-field coupling of a levitated nanoparticle to a photonic crystal cavity
悬浮介质粒子的量子控制是量子光力学中的一个新兴课题。一个主要的挑战是有效地测量和操纵粒子的运动在海森堡不确定性极限。在这里，我们提出了一个纳米光子接口适合解决这个问题。通过光学捕获一个150 nm的二氧化硅颗粒，并将其放置在近场的光子晶体腔，我们实现了可调谐的单光子光学机械耦合高达$g_0/2π=9$ kHz，三个数量级大于先前报道的悬浮腔光学机械系统。通过纳米光子结构的光的有效收集和引导导致与常规远场检测相比增加两个数量级的每光子位移灵敏度。所展示的性能为室温量子光学力学提供了一条有前途的途径。
2019-01-13 physics.optics quant-ph
Optical squeezing for an optomechanical system without quantising the mechanical motion
在介观物体中见证量子性是量子技术和基础原因的重要里程碑。腔光学力学通过将高精度光学测量与机械振荡器相结合，提供了实现这一目标的理想系统。然而，只有当力学量子性的行为与振荡器的任何经典描述都不相容时，才能建立力学量子性。在明确考虑了经典和混合量子经典描述的光学机械系统，我们排除了压缩的光场作为这样的证人显示它也预测没有量化的机械振荡器。
2020-04-22 quant-ph
Roto-translational optomechanics
University College London（伦敦大学学院）；CNR-INO（意大利国家研究委员会光学研究所）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）
本文综述了悬浮光学力学中旋转-平移运动的研究，探讨了其理论、实验方法及应用前景。
2025-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization of Non-linearities through Mechanical Squeezing in Levitated Optomechanics
我们展示了一种技术来估计存在于光学悬浮纳米粒子的捕获电位的非线性的强度。通过在系统的捕获激光功率中应用短暂的脉冲减小，例如以挤压相空间分布，然后将相空间分布的形状的时间演变与数值模拟的相空间分布的形状的时间演变相匹配，可以估计系统中存在的非线性的强度。我们应用这种技术来估计的Duffing非线性存在于光学捕获潜力的强度。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall physics.data-an physics.optics
Single-photon-triggered spin squeezing with decoherence reduction in optomechanics via phase matching
量子自旋压缩是量子信息处理的重要资源，但在存在退相干的开放系统中，其压缩度不易保持。在这里，我们提出了一个在开放系统中实现单光子触发自旋压缩并降低退相干的方案。在我们的系统中，将迪克模型（DM）引入到二次光学力学中，它可以等效于由光子数操纵的有效DM。此外，该光机系统的声子模通过相位匹配耦合到压缩真空库中，从而完全抑制了由环境引起的热噪声。我们证明了单光子激发的声子模的压缩可以完全转移到自旋系综上，并且当且仅当存在自旋压缩时，自旋系综的两两纠缠可以实现.重要的是，当考虑环境的影响，我们的系统可以获得更好的压缩度比在传统的DM可以实现的最佳压缩。同时，在我们的系统中产生的自旋压缩是免疫的热噪声。这为在开放系统中利用单光子产生自旋压缩和降低退相干提供了一种有效的方法，在量子信息处理中具有重要的应用前景。
2021-11-15 quant-ph
Torsional optomechanics of a levitated nonspherical nanoparticle
真空中的光悬浮纳米粒子是一种用于宏观量子力学传感和研究的典型光机系统。虽然它的质心运动已被深入研究，其扭转振动仅在有限的情况下进行了理论研究。在这里，我们报告的第一个实验观察的扭转振动的光学悬浮非球形纳米粒子在真空中。我们利用光子的自旋角动量和非球形纳米粒子的扭转振动之间的耦合来实现这一点，纳米粒子的极化率是一个张量。扭转振动频率可以比其质心运动频率高一个数量级，这对于基态冷却是有希望的。我们提出了一个简单而新颖的方案，利用线偏振的高斯腔模来实现其扭转振动的基态冷却。真空中悬浮的非球形纳米颗粒也将是超灵敏的纳米级扭秤，在现实条件下具有$10^{-29} ~\mathrm{N}\cdot \mathrm{m}/\sqrt{\mathrm{ Hz}}$量级的扭矩检测灵敏度。
2016-08-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Backaction suppression in levitated optomechanics using reflective boundaries
本文理论上证明，利用反射边界可显著抑制悬浮光力学系统中激光诱导的反作用噪声，并以球面镜为例验证了该效应，满足海森堡探测极限。
2025-04-25 physics.optics quant-ph
Limiting effects of geometrical and optical nonlinearities on the squeezing in optomechanics
在最近的实验中，机械谐振器的再热化时间被认为是光机系统量子应用的限制因素。为了解释这一限制的起源，在这项工作中进行了一个分析的非线性调查支持最近成功的实验激光冷却参数。为此，我们研究了几何非线性和光学非线性对压缩的影响，并与实验结果进行了比较。结果表明，在非线性最小化的情况下产生了高压缩态，高非线性是到达量子基态的限制因素。
2013-04-05 quant-ph
Rapid mechanical squeezing with pulsed optomechanics
介观机械振荡器可以制备成量子态，并利用光机械相互作用进行相干操纵。这最近被用来制备压缩力学态。然而，这些实验中使用的方案依赖于缓慢的耗散演化，破坏了系统对其初始状态的记忆。在本文中，我们提出了一个协议的基础上的四个脉冲光机械相互作用的序列。除了是连贯的，我们的计划执行的时间比机械周期短得多。我们分析了在冲力传感和连续变量量子信息保存中的应用。
2018-11-13 quant-ph
Experimental Realisation of a Thermal Squeezed State of Levitated Optomechanics
我们通过在两个捕获频率之间快速切换，实验压缩了光悬浮纳米球的热运动态。测量的粒子的相空间分布显示出典型的压缩热态的形状，由此我们推断在一个运动方向上的压缩可达2.7dB。该实验的特点是大量的热激发，因此仍然在经典制度。然而，我们认为，这里描述的操纵方案可以用来实现压缩低于零点水平，如果之前的基态冷却的悬浮机械振荡器。此外，原则上可以通过多次重复频率切换协议来实现更高程度的压缩。
2016-11-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Levitated optomechanics with cylindrically polarized vortex beams
University College London（伦敦大学学院）
本文研究柱对称偏振涡旋光束用于光悬浮光力学，可显著降低反冲加热，支持更大粒子捕获，并产生非线性势以创建非经典运动态。
2026-11-02 physics.optics quant-ph
Time-evolution of nonlinear optomechanical systems: Interplay of mechanical squeezing and non-Gaussianity
我们求解了具有任意含时机械位移、机械单模压缩和含时光机耦合的非线性光机哈密顿量的时间演化问题，得到了两个二阶微分方程的解.该解决方案是基于确定一个最小的和有限的李代数生成的系统的时间演化。这减少了考虑一组有限的耦合常微分方程的实际功能的问题。为了证明我们的方法的适用性，我们计算系统的时间演化状态的非高斯性程度的非高斯状态和其最接近的高斯参考状态的相对熵的基础上的措施。我们发现，除了一个恒定的机械压缩项的标准光力学哈密顿量一般会降低整体的非高斯字符的状态。对于正弦调制压缩，上述两个二阶微分方程的形式为Mathieu方程。我们推导出一个小的压缩振幅在参数共振微扰的解决方案，并表明，它们对应于在大于由机械频率设置的尺度的时间的行波近似。我们发现，在这个特定的制度，随着时间和压缩参数的状态的非高斯性增加。
2020-02-19 quant-ph
Spectral analysis and parameter estimation in levitated optomechanics
纳米颗粒的光学悬浮已经成为精密测量的平台。极低的阻尼，加上光学干涉位置检测，使精确的力测量成为可能，并承诺基础物理的低能量测试。这种测量的关键是要了解的信心，参数可以推断从光谱估计从干涉测量提供的间接测量。我们提出了一个装置优化灵敏度沿一个运动的自由度，理论模型的频谱，和极大似然估计。该治疗占正弦依赖的干涉信号对粒子的位置，我们使用该技术来提取热力学量在一个政权，其中更简单的治疗混淆。
2019-05-23 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
Parametric generation of quadrature squeezing of mirrors in cavity optomechanics
提出了一种在法布里-珀罗腔中产生运动镜正交压缩态的方法。这是通过利用以下事实来实现的：当腔体由具有大失谐的外场驱动时，移动反射镜表现为参量振荡器。我们表明，参数共振可以达到近似通过调制驱动场的振幅在频率匹配的频率移动的镜子。参量共振导致压缩的有效产生，这是由环境的热噪声的限制。
2011-03-24 quant-ph
Levitated Optomechanics with Meta-Atoms
本研究提出用支持米氏共振的高介电常数超原子（硅纳米颗粒）开展悬浮光力学研究，理论证明其捕获性能优于二氧化硅颗粒，且可通过调谐激光失谐实现强度极小值处悬浮，为近场捕获、强耦合及力传感提供新可能。
2023-05-26 physics.optics 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
Squeezing enhanced homodyne weak force sensing in cavity optomechanics
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
通过变分零差读出和量子压缩，在腔光力学系统中实现超越标准量子极限的弱力灵敏度提升。
2026-07-23 quant-ph
Precession Motion in Levitated Optomechanics
我们实验研究了非球形纳米粒子在真空中的悬浮动力学。除了平移和旋转运动，我们还观察到光矩引起的被囚禁粒子的进动和章动。我们提供了一个理论模型，我们数值模拟，从中我们推导出的运动频率的近似表达式。无论是模拟和近似表达式，我们发现与实验吻合良好。我们在$1 \times 10^{-1}$ mbar下测量了$1.9 \pm 0.5 \times 10^{-23}$ Nm的扭矩，在$1 \times 10^{-7}$ mbar下估计的扭矩灵敏度为$3.6 \pm 1.1 \times 10^{-31}$ Nm/ $\sqrt{\text{Hz}}$。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Quantum Optimal Control for Mixed State Squeezing in Cavity Optomechanics
量子技术中关键任务的性能，如精确的状态准备，可以通过利用外部控制并利用最优控制理论导出它们的形状来最大化。对于非纯目标状态，性能度量需要匹配广义Bloch向量的角度和长度。我们引入了一个措施，这个简单的几何图片的基础上，分离角度和长度不匹配到单独的条款，并适用于随后的优化框架，以最大限度地压缩的光机械振荡器在有限的温度。我们的研究结果表明，整形腔驱动器可以加快压缩态制备超过两个数量级。为此目的所需的协同性和脉冲形状与当前的实验技术完全兼容。
2019-02-11 quant-ph
Engineering recoil heating in coherent-scattering levitated optomechanics
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
基于宏观量子电动力学和少模量子化方法，研究了光子散射反冲加热在光学陷阱中的退相干效应，发现通过Purcell效应可显著抑制反冲加热速率，为悬浮光力学中的运动退相干工程提供了理论框架。
2026-05-28 physics.optics quant-ph
Squeezing-enhanced measurement sensitivity in a cavity optomechanical system
我们确定的理论限制，以挤压增强测量灵敏度的机械运动的腔光学机械系统。机械谐振器的运动被转换成腔光场的正交波动，并且对离开腔的光场执行测量。我们比较了测量灵敏度与相干探测和量子增强探测的机械运动，即相干探测场携带真空态和正交压缩真空态的边带频率，分别。我们发现，量子增强探测在未解决的边带机制中的谐振器的运动感测方面几乎没有改善，但可能会显着增加在已解决的边带机制中的谐振器的测量灵敏度。
2016-11-29 quant-ph
Inert shell coating for enhanced laser refrigeration of nanoparticles: application in levitated optomechanics
Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）；School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数理科学学院）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems, Macquarie University（麦考瑞大学工程量子系统卓越研究中心）；School of Engineering, Macquarie University（麦考瑞大学工程学院）；ARC Centre for Nanoscale BioPhotonics, Macquarie University（麦考瑞大学纳米生物光子学中心）
研究设计了具有惰性壳层的纳米颗粒以提高激光制冷效率，发现壳层结构使部分纳米颗粒显著降温，达到147K，为实现绝对冷却开辟新途径。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Steady-state squeezing transfer in hybrid optomechanics
Universidad Mayor（智利大学）；Universidad Diego Portales（迭戈·波特莱斯大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）
本文提出一种混合方案，实现从机械部分到光学腔的稳态压缩态转移，通过两种方法验证了高保真度的压缩态转移。
2021-04-23 quant-ph
Squeezing of the mechanical motion and beating 3 dB limit using dispersive optomechanical interactions
本文研究了一个由光腔和可动反射镜组成的光机系统，该系统通过色散线性光机耦合和二次光机耦合实现耦合。我们的工作在解决边带限制与高品质因数的机械振荡器在强耦合制度。我们表明，在传统的光机系统中（单独使用）QOC的存在修改机械振荡器的频率，并减少对机械振荡器的反作用效应。其结果是，机械振荡器中的波动可以被抑制在标准量子极限以下，从而挤压谐振器的机械运动。我们还表明，任何一个的quadrature可以压缩依赖于QOC的符号。通过详细的数值计算和解析近似，我们表明，在这样的系统中，3 dB的限制可以被击败。
2017-01-01 quant-ph
Qubit-assisted squeezing of the mirror motion in a dissipative optomechanical cavity system
我们研究了一个由囚禁在耗散光机械腔中的原子系综和微扰耦合组成的混合系统。结果表明，这样的混合系统是非常适合于产生稳态压缩的镜子运动在长时间限制下的未解决的边带制度。基于主方程和协方差矩阵的方法，我们详细讨论了各自的压缩效应，发现在这两种方法中，通过绝热消除高耗散腔模来简化系统动力学是非常有效的。在主方程方法中，我们发现压缩是冷却过程的结果，并且对机械模的热涨落具有鲁棒性。而在协方差矩阵法中，我们可以近似地从简化的动力学方程得到稳态机械位置方差的解析结果。最后，我们比较了这两种不同的方法，发现它们是完全等价的平稳动态。该方案对于可能的涉及机械压缩的超精密量子测量具有重要意义。
2018-11-14 quant-ph
