Classical and Quantum Theory of Photothermal Cavity Cooling of a Mechanical Oscillator
光热效应允许机械自由度和光子之间非常有效的光机械耦合。在腔冷却的机械振荡器的背景下，如果量子基态的振荡器可以达到使用光热反作用的问题一直在争论，仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们解决这个问题的补充经典和量子计算。两者都使我们得出结论：第一，基态确实可以使用光热腔冷却，第二，它可以达到在一个政权的腔失谐小，允许大量的光子进入腔。
2010-11-17 quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Micromechanical Oscillator
微纳光学机械系统提供光学和机械自由度的辐射压力耦合，并因其探索宏观物体的量子力学现象的能力而受到积极追求。这些研究中的许多都要求在量子基态或接近量子基态的条件下制备力学系统。光晶格中囚禁离子和原子的基态冷却已经取得了显著的进展。解决边带冷却的技术是这一进展的必要条件，它允许克服多普勒冷却的固有温度限制，并需要超过原子种类跃迁速率的谐波捕获频率。最近出现的通过辐射压力的机械振荡器的腔反作用冷却遵循与多普勒型冷却被证明的类似路径，但是固有地缺乏如最近预测的获得基态冷却的能力。在这里，我们证明了第一次解决边带冷却的机械振荡器。通过泵浦光学微腔的第一下边带，其衰减率比相关机械振荡器的本征频率小20倍以上，获得了1.5MHz以上的冷却速率。运动边带的直接光谱显示运动增加过程的40倍抑制，这可以使声子占据率远低于1（<0.03）。这里所报道的解决边带冷却的基本示范应该在光机冷却实验中得到广泛的应用。除了基态冷却之外，该机制允许实现具有超过标准量子极限的精度的运动测量。
2007-09-26 quant-ph
Quantum enhanced feedback cooling of a mechanical oscillator
激光冷却是原子频率标准、量子计算机、量子凝聚态物理和基础物理测试等领域的基础技术。自20世纪90年代初以来，人们已经知道，激光冷却原则上可以通过使用压缩光作为电磁库来改善;而使用压缩光探针的量子反馈控制也被预测可以改善冷却。在这里，我们实现了量子反馈控制的微机械振荡器的第一次与压缩探测场。这允许量子增强反馈冷却，其测量速率大于经典光的测量速率，并且最终振荡器温度随之降低。我们的研究结果具有重要意义的未来应用领域，从量子信息网络，量子增强力和位移的测量和宏观量子力学的基本测试。
2016-05-19 quant-ph
Combined feedback and sympathetic cooling of a mechanical oscillator coupled to ultracold atoms
一个有前途的新量子技术的路线是混合量子系统，它结合了几个单独的量子系统的优点。我们已经实现了一个混合的原子力学实验组成的SiN膜振荡器低温预冷到500 mK和光学耦合到一个云的激光冷却Rb原子。在这里，我们展示了振荡器的主动反馈冷却到n = 16的最小模式占用对应于模式温度T = 200 μK。此外，我们详细描述了耦合膜的原子通过交感冷却。通过同时应用这两种冷却方法，我们证明了在运动基态附近制备与原子耦合的振子的可能性。我们的设置的现实修改将能够创建一个基态的混合量子系统，这打开了大门，相干量子态传输，隐形传态和纠缠以及量子增强传感应用。
2018-06-13 quant-ph
Ground state cooling of micromechanical oscillators in the unresolved sideband regime induced by a quantum well
微机械振荡器的基态冷却是腔光力学中观察量子力学效应的一个典型目标。从理论上研究了光机械腔中存在量子阱时机械振子的基态冷却。由于在量子阱存在下的模式剪裁，腔响应得到修改，并导致不对称的加热和冷却过程。这有利于冷却的机械振荡器，即使在未解决的边带制度，通过抑制斯托克斯散射。
2016-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Macroscopic mechanical oscillators at the quantum limit using optomechanical cooling
我们讨论了如何提供的光机械耦合辐射压力可以用来冷却宏观集体自由度，作为振动模式的可移动的镜子。冷却是使用相敏反馈回路，有效地过阻尼的镜子运动，而不会增加热噪声。反馈结果能够使宏观物体下降到量子极限。特别地，可以实现挤压和纠缠。
2002-11-18 quant-ph
Theory of ground state cooling of a mechanical oscillator using dynamical back-action
建立了辐射压力诱导动力学反作用冷却机械振子的量子理论，它类似于囚禁离子的边带冷却。我们发现，当机械振荡频率大于腔线宽时，可以得到远低于1的最终占有率。结果表明，最终的平均占有率可以直接从光输出光谱检索。
2007-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement-based ground state cooling of a trapped ion oscillator
基于测量的冷却是一种方法，通过这种方法，最初处于热态的量子系统可以通过某种测量在其基态中制备。这是通过进行预示系统处于所需状态的测量来完成的。在这里，我们演示了应用基于测量的冷却技术被困原子离子。通过多普勒激光冷却将离子预冷却到具有平均激发$\bar n \approx 18$的热状态，并且基于测量的冷却技术选择离子恰好处于运动基态的那些场合。预告过程的保真度大于95%。这种技术可以应用于不像捕获离子那样适合于激光冷却的其他系统。
2023-01-30 quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical oscillator into its quantum ground state
形成图案化的Si纳米梁，其支持经由辐射压力耦合的共定位的声学和光学共振。从T=20K的浴温开始，利用光辐射压力将3.68GHz纳米机械模式冷却到其量子力学基态。印在透射的冷却激光束上的机械模位移波动表明，获得了0.85 ± 0.04的最终声子模占有率。
2011-06-18 quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical oscillator to the zero-point energy
在良好分辨的边带制度的光机腔是理想的适合于无数的量子现象的研究与力学系统，包括反作用规避测量，机械压缩，和非经典状态的产生。对于这些实验，机械振荡器应准备在其基态;剩余运动超过零点运动必须可以忽略不计。机械运动的必要冷却可以通过选择性地驱动反斯托克斯光机械转变使用腔中的光的辐射压力来实现。然而，迄今为止，激光吸收加热的光学系统远远进入解析边带制度，禁止强驱动。对于深层的地面状态冷却，以前的研究，因此采取被动冷却稀释制冷机。在这里，我们采用了高度侧边分辨硅光机械晶体在$^3$他缓冲气体环境中的$\sim 2\text{K}$演示激光边带冷却到平均热占用的$0.09_{-0.01}^{+0.02}$量子（自校准使用运动边带不对称性），这是$-7.4\text{dB}$的振荡器的零点能量，并对应于92%的基态概率。通过激光冷却实现如此低的占有率，为光学领域的广泛量子光学力学实验打开了大门。
2019-12-25 quant-ph
Sideband cooling of nearly degenerate micromechanical oscillators in a multimode optomechanical system
多模光机系统是研究量子基态附近物质的基本方面的新兴平台，并且在灵敏感测和测量应用中是有用的。我们研究了两个近简并的机械振荡器耦合到一个微波谐振腔的系统中的光机械冷却。由于光学介导的耦合，两个振荡器杂交成具有强光学机械冷却速率的亮模式和几乎与系统解耦的暗模式。我们发现，在高耦合，边带冷却的暗模式被强烈抑制。我们的研究结果是相关的新颖的光学机械系统，其中多个紧密间隔的模式是固有的。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Micro-mechanical oscillator ground state cooling via intracavity optical atomic excitations
我们预测了微机械振荡器的基态冷却，即一个光学腔的振动端镜，通过谐振耦合的镜子振动的一个狭窄的内部光学跃迁的系综的二能级系统。由集体介观自旋模型表示的粒子与腔一起实现了一个有效的、频率可剪裁的零温度损失通道，该通道可以转变为泵浦的增益通道。与需要小腔线宽的解析边带腔冷却的情况相反，可以在低精细度和非常小的腔体积下工作以增强光镜和光原子耦合。定制的损耗和增益通道提供振动量子的有效去除并抑制再加热。在边带冷却的简单物理图像中，原子塑造腔轮廓以增强/抑制散射到较高/较低能量边带。该方法也适用于其他基于腔的原子和分子气体冷却方案，以及耦合到带状线腔的分子系综。
2009-06-19 quant-ph
Atom assisted cavity cooling of a micromechanical oscillator in the unresolved sideband regime
在高不可分辨边带区研究了光机械腔中全同二能级原子系综的机械振子的基态冷却。该体系表现出电磁诱导的类双折射量子干涉效应。与腔场的相互作用引起原子模和机械模之间的间接耦合。在存在这种相互作用的情况下，噪声频谱得到修改，并导致不对称的冷却和加热速率。利用量子主方程，研究了平均声子数随时间的演化，观察到机械谐振器中的平均声子占有率表现出基态冷却。
2016-02-27 physics.optics quant-ph
Resolved-sideband cooling and measurement of a micromechanical oscillator close to the quantum limit
自量子力学诞生以来，对宏观力学振子中量子现象的观测一直是人们感兴趣的课题。这一制度的先决条件是在低声子占有率和测量灵敏度的振荡器的基态波函数的扩展的规模的机械振荡器的准备。人们普遍认为，解决这两个挑战的最有前途的方法是电子纳米机械系统。在这里，我们第一次接近量子机制与介观尺寸的机械振荡器-肉眼可辨别-和1000倍以上的最重的纳米机械振荡器使用的日期。腔光学机械学的两个关键原理对这些进展至关重要：在attometer水平上对机械位移进行光学干涉测量，以及使用测量引起的动态反向作用来实现机械自由度的解析边带激光冷却的能力。仅使用适度的低温预冷至1.65 K，制备接近其量子基态（63+-20声子）的机械振荡器。同时，读出灵敏度达到标准量子极限的5.5 ± 1.5倍。报道的实验标志着一种范式转变的方法，以量子极限的机械振荡器使用光学技术，并代表了第一步进入一个新时代的实验研究，探讨量子性质的最有形的谐振子：机械振动。
2009-01-11 quant-ph
Cooling mechanical oscillators by coherent control
在光学机械学中，利用电磁场来控制机械柔性系统的单一模式，而其他机械自由度由于模式的相互正交性和高品质因数而保持不受影响。光学控制超出直接寻址模式的扩展将需要机械模式之间的受控耦合。在这里，我们介绍了一个光学悬浮纳米粒子的两个振荡模式之间的光学控制耦合。我们通过将一个振荡模式相干地耦合到第二个模式来同情地冷却第二个振荡模式，第二个模式是反馈冷却的。此外，我们还展示了机械模式之间的相干能量转移，并讨论了它在基态冷却中的应用。
2020-07-21 quant-ph
Cooling Flexural Modes of a Mechanical Oscillator by Magnetic Trapped Bose-Einstein Condensate Atoms
本文从理论上研究了磁阱中的玻色-爱因斯坦凝聚体原子（Rb ~（87））对机械振子弯曲模的冷却。这个机械振荡器的一端自由连接着一个小磁铁，产生一个振荡的磁场。当它的振荡频率与Rb 87原子的某些超精细塞曼能量相匹配时，被捕获的BEC原子被机械振荡器耦合出磁阱，从机械振荡器中窃取能量飞离磁阱。因此，降低了机械振荡器的模式温度。本文分析了用弯曲模的平均稳态声子数来测量机械振子稳态的模温。结果表明，在最佳的力学振子和囚禁BEC原子混合系统参数下，可以达到声子数小于1的基态。
2017-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical dilution and feedback cooling of a gram-scale oscillator to 6.9 mK
我们报告使用辐射压力引起的回复力，光学弹簧效应，光学稀释的机械阻尼的1克悬浮镜，然后通过主动反馈（冷阻尼）冷却。光学稀释放宽了机械损耗对冷却的限制，使振荡器模式达到6.9 mK的最低温度，比环境温度低约40000倍。光学弹簧效应的另一个优点是它可以将退相干之前的振荡次数增加几个数量级。在本实验中，我们推断的动态寿命的状态增加了一个因素~200。
2007-10-25 quant-ph
Continuous feedback protocols for cooling and trapping a quantum harmonic oscillator
本文基于量子Fokker-Planck主方程（QFPME）研究连续弱测量下的反馈冷却方案，分析了基于位置和/或动量测量的多种协议对谐振子的冷却与俘获效果，发现合适参数下可使其冷却至基态或接近基态，为量子测量与反馈提供了可解案例。
2024-04-29 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
Advantages of Coherent Feedback for Cooling Quantum Oscillators
在随机控制理论的线性二次高斯模型下，我们模拟了开放式光学和光机谐振腔的光反馈冷却。我们表明，相干反馈控制方案，其中的谐振器被嵌入在一个干涉仪，以实现全光反馈，可以优于最好的可能的测量为基础的计划在量子制度的低稳态激发数。这样的性能增益是由于相干控制器的能力，同时处理非交换输出字段求积而不损失保真度，并可能提供重要线索的相干反馈方案的设计更一般的非线性和鲁棒控制问题。
2012-06-05 quant-ph
Quantum theory of feedback cooling of an anelastic macro-mechanical oscillator
传统的激光冷却技术，通过相干散射的内部状态或通过一个光学腔模式，迄今已被证明是低效的机械振荡器重量超过几个纳克。这是因为较大的振荡器振动的频率太小，与它们耦合到辅助模式所能达到的散射率相比。在重低频弹性悬挂振荡器中典型观察到的退相干机制也明显不同于传统激光冷却处理中所假设的。我们表明，对于一个低频滞弹性振荡器形成的机械兼容的端镜的腔，失谐的光学读出，连同测量为基础的反馈，以抑制和阻尼它，可以利用pondermotentially产生的量子关联，实现有效的冷却到运动的基态。这将为需要在纯运动状态下制备毫克级机械振荡器的实验铺平道路，例如，用于测试重力对大质量量子系统的影响。
2021-11-03 gr-qc physics.ins-det quant-ph
Ground-state cooling of dispersively coupled optomechanical system in unresolved sideband regime via dissipatively coupled oscillator
在色散耦合振荡器的光机械冷却中，仅可能在分辨边带区域中达到振荡器基态，其中腔模线宽小于被冷却的机械振荡器的谐振频率。在本文中，我们表明，色散耦合系统可以冷却到基态在未解决的边带制度使用辅助振荡器，这是耦合到相同的光学模式通过耗散相互作用。辅助振荡器的谐振频率接近目标振荡器的谐振频率;因此，辅助振荡器也处于未分辨边带状态。我们只需要一个单一的蓝色失谐激光模式来驱动腔。
2016-04-12 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Passive Cooling of a Micromechanical Oscillator with a Resonant Electric Circuit
我们将微型悬臂梁电容耦合到一个驱动射频谐振电路中来冷却其基模。冷却结果从射频电容力，这是相移相对于悬臂运动。我们展示了冷却7 kHz的悬臂从室温到45 K的技术，获得合理的协议与模型的冷却，阻尼，和频移。将该方法扩展到低温系统中的更高频率可以实现基态冷却，并且可以证明比低温装置中的相关光学实验更简单。
2007-09-26 cond-mat.other quant-ph
How much can we cool a quantum oscillator? A useful analogy to understand laser cooling as a thermodynamical process
我们分析了一个机械振荡器（代表，例如，一个单一的被困离子的运动），这是一个驱动的量子制冷机耦合的最低可实现的温度。制冷机是由一个参数驱动的系统（我们也认为是一个单一的振荡器在最简单的情况下），这是耦合到一个水库的能量转储。我们表明，冷却的振荡器（可以实现由于其声子激发到环境中的共振运输）总是停止由一个基本的加热过程，总是占主导地位，在足够低的温度。这个过程可以描述为激发对的非共振产生。这一结果与最近的一项研究非常相似，该研究表明，电子对的产生是加强热力学第三定律动力学版本有效性的原因（Phys.Rev.E95，012146）。有趣的是，我们与我们的模型通常用于描述激光冷却的一个单一的被困离子和重新获得正确的极限温度的限制解决和非解决边带。我们的研究结果（这也有助于估计在各种其他情况下可以达到的最低温度）表明，激光冷却的限制也可以与非共振对生产。事实上，正如我们所示，这是这样的：当从运动到电磁环境的激发的共振传输引起的冷却跃迁被声子-光子对的产生引起的加热跃迁所补偿时，激光冷却的极限温度就达到了。
2017-10-31 quant-ph
Ground-state cooling of a micromechanical oscillator: generalized framework for cold damping and cavity-assisted cooling schemes
我们提供了一个一般的框架来描述通过与驱动光腔的辐射-压力耦合将微机械振荡器冷却到其量子基态。我们将其应用到两个实验实现的计划，通过失谐腔和冷阻尼量子反馈冷却的反作用冷却，我们确定了这两个计划的最终量子极限的稳定腔的整个参数范围。虽然两者都允许达到振荡器的量子基态，我们发现，反作用冷却是更有效的良好的腔限制，即当腔带宽小于机械频率，而冷阻尼是更适合坏的腔限制。以前的治疗结果恢复为特定参数制度的限制情况下。
2009-07-12 cond-mat.mes-hall gr-qc physics.optics
Ground-State Cooling of a Mechanical Oscillator via a Hybrid Electro-Optomechanical System
我们提出了一个同时耦合超导量子位和腔场的机械谐振器的基态冷却方案。系统地推导了描述混合系统动力学的哈密顿量。冷却过程由量子位上的红色失谐交流驱动器和光机械腔上的激光驱动器驱动。我们研究了单个系统在弱耦合和强耦合状态下的冷却，即，量子位辅助冷却和光机械冷却，并与有效的混合冷却进行了比较。结果表明，混合冷却是更有效的相比，单独的冷却机制，并可以适用于解决和未解决的边带制度。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Phase noise and laser-cooling limits of optomechanical oscillators
激光相位涨落噪声是将纳米机械振荡器冷却到量子区的主要技术障碍。我们提出了一种冷却配置的基础上的光-机械耦合与两个腔模式，以显着降低相位噪声的$(2ω_m/γ)^2$倍，其中$ω_m$是机械模式的频率和$γ$是腔模式的衰减率。我们还讨论了当机械振荡器在量子区附近冷却时声子数的检测，并指定了这种检测所需的条件。
2009-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Feedback Cooling of a Mechanical Oscillator Using Variational Measurements:Tweaking Heisenberg's Microscope
我们重新审视的问题，准备在其量子力学基态附近的机械振荡器的振荡器位置的连续光学检测的基础上，通过反馈冷却。在与基态冷却相关的参数范围内，光学反作用和不精确噪声设置了可实现冷却的瓶颈，并且必须仔细平衡。这可以通过在零差检测中调整本地振荡器的相位来实现，从而实现所谓的变分测量。精确的位置测量和最小干扰之间的权衡可以用海森堡显微镜来理解，并且当测量和反馈过程恰好在待冷却系统的量子相干性时间内快速时变得特别相关。这对应于大量子协同性$C_{\text{q}}\gtrsim1$，这是在最近的反馈冷却实验中实现的制度。我们的方法提供了一个简单的路径，以进一步推动量子光学力学目前最先进的实验的极限。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Performance and limits of feedback cooling methods for levitated oscillators: a direct comparison
冷却质心运动是悬浮光学机械系统的重要工具，但通常不清楚哪种方法可以实际达到特定实验的较低温度。我们直接比较了参数和速度反馈阻尼方法，这是广泛用于冷却的运动中的一系列陷阱的单个被困粒子。通过对相同的粒子进行实验，并使用相同的检测系统，我们证明了速度阻尼将振荡器冷却到较低的温度，并且对不完美的实验条件更具弹性。我们表明，这些结果是一致的分析限制，以及包括实验噪声的数值模拟。
2021-07-16 physics.app-ph quant-ph
Heralded Control of Mechanical motion by Single Spins
我们提出了一种方法来实现高度控制的纳米机械振荡器耦合其机械运动的单自旋。通过单独操纵自旋并测量其量子态，即使对于弱的自旋-振子耦合，也预示着振子的冷却或压缩。我们分析表明，振荡器的渐近行为是由一个自旋诱导的热过滤功能，其重叠的初始热分布的振荡器确定其冷却，加热或压缩。与直觉相反，冷却速率依赖于振荡器的瞬时热占用，即使对于高的初始温度和阻尼率，也呈现鲁棒的冷却或挤压。我们进一步估计所提出的方案可以用来控制薄金刚石悬臂梁的运动，在低温下将其耦合到其缺陷中心。
2016-05-22 quant-ph
Optical bistability and cooling of a mechanical oscillator induced by radiation pressure in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机械腔谐振器中平均腔内光场所表现出的非线性行为和机械振子的基态冷却效应的影响。光学双稳可以通过调节单个驱动激光器的频率和功率以及改变原子腔中的原子-腔耦合强度来控制。在良好和不良腔限制下对机械振荡器的冷却的研究表明，即使在室温下，与通用的光学机械设置相比，混合系统在冷却方面也更有效。从本质上讲，我们的工作着重于与原子腔的耦合对光机械腔中辐射压力效应的影响。
2015-03-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Competition between heating and cooling effects in an optomechanical oscillator using a squeezed field
本研究探讨压缩光对光机械振荡器冷却的影响，发现冷却与加热效应取决于压缩参数和相位，在特定相位下可实现显著降温，为优化冷却效率提供关键见解。
2025-05-27 physics.optics quant-ph
Sympathetic cooling of a membrane oscillator in a hybrid mechanical-atomic system
使用超冷原子和原子离子的交感冷却能够在不可能进行直接激光或蒸发冷却的系统中实现超低温。到目前为止，它仅限于冷却其他微观粒子，其质量比冷却剂原子大$90$倍。在这里，我们使用超冷原子共振冷却的Si $_3$ N $_4$纳米膜，其质量超过的原子系综的一个因素的$10^{10}$的振动。原子和膜振动的耦合通过宏观距离上的激光来介导，并且通过将膜放置在光学腔中来增强。我们观察冷却的膜振动从室温到$650\pm 230$ mK，利用我们的混合光机械系统的大原子膜的协同性。我们的方案使基态冷却和量子控制的低频振荡器，如纳米膜或悬浮的纳米粒子，在制度中，纯光学机械技术不能达到基态。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Remote Cooling of Spin-ensembles through a Spin-mechanical Hybrid Interface
本文提出利用单个探针自旋的频繁测量反馈，通过宏观振子介导，在弱色散耦合条件下实现远程自旋系综和振子的基态冷却，为大型自旋系综极化及混合量子系统调控提供了新途径。
2025-02-07 quant-ph
Coherent controllers for optical-feedback cooling of quantum oscillators
在随机控制理论的线性二次高斯模型下，研究了开放式光学和机械谐振腔的光反馈控制器的冷却性能。我们利用基于量子随机微分方程的闭环模型的分析和数值优化表明，相干控制方案，其中我们嵌入在干涉仪中的谐振器，以实现全光反馈，可以优于最佳的基于测量的反馈控制方案在低稳态激发数的量子制度。这些性能增益归因于相干控制器的能力，同时处理两个正交的光探测场没有测量或损失的保真度，并可以指导设计的相干反馈方案的鲁棒非线性和鲁棒控制的更一般的问题。
2012-06-12 quant-ph
Quantum Theory of Transmission Line Resonator-Assisted Cooling of a Micromechanical Resonator
我们提出了一个量子描述的冷却的微机械弯曲振荡器的一维传输线谐振器通过一个类似于腔辐射压力的力。机械振荡器电容耦合到传输线谐振器的中心导体。在最佳点处，微机械振荡器可以被冷却到接近基态，并且可以通过输出微波信号的零差检测来测量冷却。
2009-01-23 cond-mat.other quant-ph
Degenerate optomechanical parametric oscillators: cooling in the vicinity of a critical point
简并光机械参量振荡器是其中机械自由度耦合到经由外部泵浦激光器的参量下转换而非线性放大的腔模式的光学谐振器。在临界泵浦功率以下，下转换场是纯量子力学的，使得这种系统的理论描述非常具有挑战性。在这里，我们介绍一个理论的方法，是能够描述这种制度，即使在临界点本身。我们发现，下转换的字段可以引起显着的机械冷却，并确定这是一个冷却加热机制的过程负责。此外，我们表明，与天真的期望和半经典的预测，冷却是不是最佳的临界点，光子数是最大的。我们的方法打开了进一步分析混合耗散量子系统在临界点附近的可能性。
2016-02-16 physics.optics quant-ph
Controllable optical bistability and cooling of a mechanical oscillator in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了来自超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机腔中平均腔内光场所表现出的微扰行为的影响。结果表明，光学双稳态可以通过调节驱动激光的频率和功率来控制，并且在很大程度上受到反馈腔中原子系综的影响。从本质上讲，我们的工作强调的可能性，实现一个可控的光开关取决于混合相互作用，命令比一个单一的光机械腔的阈值功率低。此外，我们研究了在这个混合系统中的机械振荡器的光机冷却方面，平均声子数的时间演化表明在未解决的边带制度的振荡器的基态冷却。
2015-08-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Ground-state cooling of a mechanical oscillator by heating
该研究在腔光机械系统中提出并演示了一种制冷机制，通过在腔的红色机械边带附近注入强电磁噪声来诱导向下跃迁并阻断激发跃迁，成功将机械振子制备至基态，并发现当噪声带宽小于但处于腔衰减率量级时冷却效果最佳。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Redesigning the linear--quadratic--Gaussian cost function for feedback cooling of a quantum harmonic oscillator
University of Tokyo（东京大学）；King’s College London（伦敦国王学院）；RIKEN（理化学研究所）
针对量子谐振子反馈冷却，重新设计LQG代价函数以考虑势阱移动，推导最优反馈律，相比低通滤波在高效探测下显著降低声子占据数。
2026-09-30 quant-ph
Achieving the Quantum Ground State of a Mechanical Oscillator using a Bose-Einstein Condensate with Back-Action and Cold Damping feedback schemes
本文详细研究了由玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）构成的混合光机械量子器件在具有振荡端镜的高精细光学腔中接近量子基态的可能性。冷却是使用两个实验上可实现的计划：反作用冷却和冷阻尼量子反馈冷却。在这两个方案中，我们发现增加两体原子-原子相互作用会使力学振子达到其量子基态。已经观察到，反作用冷却在良好腔极限中更有效，而冷阻尼冷却方案在不良腔极限中更相关。它还表明，在冷阻尼方案中，该设备是更有效的BEC的存在下比在没有BEC。
2013-02-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
A single-ion nonlinear mechanical oscillator
研究了单囚禁离子振子在非线性驱动下的稳态运动。阻尼是通过多普勒激光冷却实现的。离子的运动被发现是很好地描述的Duffing振子模型与额外的非线性阻尼项。我们展示了一个独特的能力，通过控制冷却激光器的参数调谐的线性以及非线性阻尼系数。我们的观测为研究量子-经典界面的非线性动力学以及激光冷却动力学中的机械噪声压缩开辟了一条途径。
2010-03-08 physics.atom-ph quant-ph
Single-qubit lasing and cooling at the Rabi frequency
对于一个超导量子比特驱动执行拉比振荡和耦合到一个缓慢的电磁或纳米机械振荡器，我们描述了以前未探索的量子光学效应。当拉比频率被调谐到与振荡器共振时，后者可以被驱动远离平衡。蓝色失谐驱动导致量子比特中的粒子数反转和振荡器的激光行为的双稳定性;对于红色失谐，量子比特冷却振荡器。这种行为在量子位-振荡器耦合是二次的对称点处持续存在，并且退相干效应最小化。在那里，该系统实现了“单原子双光子激光器”。
2008-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling a harmonic oscillator by optomechanical modification of its bath
光学机械系统显示出巨大的前景，高灵敏度的传感力和修改的机械性能，通过光。例如，类似于中性原子和俘获离子，通过辐射压力对机械运动的激光冷却可以将单个机械模式带到它们的基态。传统的光机械冷却能够将额外的阻尼通道引入机械运动，同时将其热噪声保持在相同的水平，因此，机械模式的有效温度降低。然而，温度与品质因数的比率大致保持恒定，从而阻止了使用该方法的量子传感的显著进步。在这里，我们提出了一种方法，同时减少机械谐振器上的热负荷，同时提高其品质因数。在本质上，我们使用的光学相互作用，以动态修改的主导阻尼机制，提供类似于声子带隙的optomechanically-induced效果。感兴趣的机械模式被假定为弱耦合到其热浴，但强烈耦合到第二机械模式，这是冷却的辐射压力耦合到一个红色失谐腔场。我们还确定了一个现实的光学机械设计，有可能实现这种新颖的冷却方案。
2016-08-19 quant-ph
Kerr-type nonlinear baths enhance cooling in quantum refrigerators
本研究提出在量子制冷机中使用Kerr型非线性浴，相比简谐浴能显著增强稳态冷却，并推导了相应主方程的衰减率。
2023-11-17 cond-mat.other cond-mat.supr-con quant-ph
Modular variable laser cooling for efficient entropy extraction
提出并实验验证一种基于自旋态相关位移和重泵浦的模块化变量激光冷却方法，有效降低振荡器熵，实验用单个囚禁离子实现。
2024-08-28 quant-ph
Optical self-cooling of a membrane oscillator in a cavity optomechanical experiment at room temperature
Università di Firenze（佛罗伦萨大学）；Institute of Materials for Electronics and Magnetism, Nanoscience-Trento-FBK Division（电子与磁性材料研究所，纳米科学-特伦托-FBK分部）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Trento Institute for Fundamental Physics and Application（意大利国家核物理研究所（INFN），特伦托基础物理与应用研究所）；CNR-INO（意大利国家研究委员会-光学研究所）；INFN, Sezione di Firenze（意大利国家核物理研究所，佛罗伦萨分部）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文在室温腔光力学实验中测试SiN膜振子的边带冷却极限，实现约100声子占据数的冷却效果，并指出激光经典噪声是进一步冷却的主要障碍。
2023-05-24 quant-ph
Atom-mirror cooling and entanglement using cavity Electromagnetically Induced Transparency
我们研究了一个由机械振荡器和原子三能级系综组成的混合光机械系统。我们表明，通过在原子介质中的电磁诱导透明（EIT）的适当定制的腔场响应允许强耦合的机械镜振荡的集体原子基态自旋。这有利于基态冷却的镜子运动，量子态映射和强大的原子镜纠缠，即使腔宽度大于机械振荡器的频率。
2011-05-04 quant-ph
Coherent control and feedback cooling in a remotely-coupled hybrid atom-optomechanical system
冷却到运动基态是制备介观力学振子非经典态的重要第一步。光介导耦合到远程原子系综已被提出作为一种方法，以达到基态的低频振荡器。也可以使用光学测量然后反馈控制来达到基态。在这里，我们调查的可能性，通过结合这两种方法增强冷却。一般来说，这种组合优于任何一种单独的技术，尽管基于原子系综的冷却和反馈冷却各自在参数空间的大区域上占主导地位。
2014-06-30 quant-ph
Steady-state mechanical squeezing and ground-state cooling of a Duffing anharmonic oscillator in an optomechanical cavity assisted by a nonlinear medium
本文从理论上研究了由简并光参量放大器和端面移动镜组成的混合光机械系统，该系统被建模为刚性类Duffing非简谐量子力学振子。通过提供的系统参数的临界值对应于系统的稳态响应中的多稳态行为的出现的解析表达式，我们表明，硬化机械Duffing非谐性减少了多稳态区域的宽度，而光学参量非线性可以利用驱动系统的多稳态区域。我们还表明，适当的机械非谐强度值的稳态机械压缩和基态冷却的机械谐振子可以实现。此外，我们发现，非线性增益介质的存在可以导致改善的机械非谐性诱导的机械运动的冷却，以及机械压缩超过标准的量子极限3分贝。
2017-12-26 physics.optics quant-ph
Ground-state cooling of a massive mechanical oscillator by feedback in cavity magnomechanics
将大质量力学振子的运动冷却到它的量子基态对于观察力学系统中的宏观量子效应起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个基于测量的反馈冷却协议，在腔磁力学，是能够冷却到其基态的宏观铁磁体的机械振动模式。机械模式通过色散磁致伸缩相互作用耦合到磁振子模式，并且后者进一步通过磁偶极子相互作用耦合到微波腔模式。通过测量微波腔输出场的幅度并将与输出场的幅度波动成比例的力施加到机械振荡器上来引入反馈回路。我们表明，通过适当地设计反馈增益，机械阻尼率可以显着提高，而机械频率不受影响。因此，振动模式可以在低温下在未分辨边带区域中冷却到其量子基态。该协议是专为使用铁磁材料，具有强磁致伸缩以及大的磁振子耗散腔磁力系统。
2022-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Indirect Cooling of Weakly Coupled Trapped-Ion Mechanical Oscillators
本文提出利用囚禁势参量调制将弱冷却辐射耦合模式与强冷却辐射耦合模式耦合，实现囚禁离子晶体中难以直接冷却运动模式的间接近基态冷却，并在多种同种及混合离子晶体中验证了该方法的有效性。
2024-04-03 physics.atom-ph quant-ph
Cavity cooling using ultrafast electrons
Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
利用超快电子与谐振腔的纠缠相互作用实现量子振荡器冷却，适用于多种量子系统。
2025-04-15 quant-ph
Non-linear cooling and control of a mechanical quantum harmonic oscillator
本文利用强非线性区域的单囚禁离子振荡器，通过非线性储层工程生成多分量薛定谔猫态，并实现测量，首次实验使用高阶非线性过程控制非经典态，为量子纠错、计算和传感提供新工具。
2025-09-06 physics.atom-ph quant-ph
