Coherent, mechanical control of a single electronic spin
近年来，通过电、磁和光学手段控制和操纵自旋的能力在计量学和量子信息科学中产生了许多应用。一种有前途的自旋操纵替代方法是使用机械运动，其中机械谐振器的振荡可以磁耦合到自旋磁偶极子，这可以实现可扩展的量子信息架构9和灵敏的纳米级磁力测量。然而，迄今为止，只有通过机械谐振器的经典运动实现了自旋的布居控制。在这里，我们展示了在环境条件下使用机械谐振器的驱动运动的单个自旋的相干机械控制，该机械谐振器与金刚石中的单个氮空位（NV）色心的电子自旋磁耦合。这种混合机械/自旋系统的相干控制是通过将脉冲自旋寻址协议（涉及光场和射频场）与驱动振荡器的运动同步来实现的，这允许通过运动诱导的NV自旋能量的塞曼位移对自旋的粒子数和相位进行相干机械操纵。我们展示了这种相干的机械自旋控制技术的应用，灵敏的纳米级扫描磁强计。
2012-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mechanical cooling and squeezing using optimal control
机械系统可以通过连续测量其位置并随后进行反馈来进行最佳控制。我们重新审视完整的形式主义预测系统的性能，而不调用标准的旋转波近似和绝热近似。使用这种形式主义，我们推导出的条件和无条件状态的机械振荡器使用的最佳控制和反馈，导致机械冷却和机械压缩。我们发现精确解和近似解之间存在很大的差异，强调使用完整模型的重要性。我们还强调了区分有条件和无条件状态的重要性，通过证明这两个不能在一个典型的控制方案，即使有无限的反馈强度。
2023-01-27 quant-ph
Single-atom quantum control of macroscopic mechanical oscillators
我们研究了一个由一对带电宏观力学振子耦合到一个小的里德伯原子系综组成的混合机电系统。内部原子里德伯跃迁和力学之间的共振偶极-偶极耦合允许用单个原子冷却到其运动基态，尽管两个子系统之间存在相当大的质量不平衡。我们表明，丰富的电子光谱的里德伯原子，结合其高度的光学控制，铺平了道路，实现各种量子控制协议的机械振荡器。
2013-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Enhancement of mechanical squeezing via feedback control
本文研究结合连续位置测量与反馈控制制备非经典机械态，发现反馈引起的弹簧软化可增强位置压缩、弹簧硬化可实现动量压缩，且反馈能抑制背景机械模式退化，从而显著降低室温下基于测量的非经典态制备门槛。
2024-02-27 cond-mat.mes-hall 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
Optimal Control of Hybrid Optomechanical Systems for Generating Non-Classical States of Mechanical Motion
腔光机系统是量子力学领域中控制机械运动的主要实验平台之一。我们认为，控制腔光机系统大大增加了耦合腔也是一个两级系统，从而创建一个混合光机系统。如果两级系统可以在很大程度上独立驱动的腔，我们表明，因此引入的非线性使我们能够引导扩展系统的非经典目标状态的机械振荡器与维格纳函数表现出显着的负区域。我们说明了如何使用最优控制技术超越线性政权驱动的混合动力系统从近基态到Fock目标状态的机械振荡器。我们基于我们的数值优化现实的实验参数，举例说明如何最优控制，使准备决定性的非经典目标状态，天真的控制方案失败。因此，我们的研究结果铺平了道路，应用工具箱的最优控制在混合光学机械系统产生非经典的机械状态。
2019-05-04 quant-ph
Mechanical frequency control in inductively coupled electromechanical systems
纳机电系统实现了电磁电路和机械元件的光-机相互作用。研究了一个电感耦合的纳米机电系统，其中超导量子干涉器件（SQUID）实现了耦合。我们表明，嵌入到SQUID环的机械兼容字符串的谐振频率可以控制在两种不同的方式：（i）施加垂直于SQUID环的偏置磁通量，（ii）在平面内的偏置磁场的大小有助于纳米机电耦合。这些发现的定量解释的电感相互作用的机械谐振器的有效弹性常数。此外，我们观察到的机械共振频率的剩余场依赖的移位，我们归因于被困在磁场偏置nanostring的涡旋的有限通量钉扎。
2021-04-21 quant-ph
Universal dynamical control of quantum mechanical decay: Modulation of the coupling to the continuum
我们推导并研究了耦合到任意连续谱的动态修改的状态衰减的表达式。这个表达式对于弱时间扰动是普遍有效的。由此产生的见解可以作为有用的配方优化控制的衰减和退相干。
2001-09-30 quant-ph
Squeezing of mechanical motion via qubit-assisted control
我们提出了一种反馈控制机制的机械振荡器的声子模式的压缩。我们展示了如何在适当的工作条件下，一个简单的绝热方法是能够诱导机械压缩。然后，我们超越了这样一个工作点的限制，并证明了通过使用重复的测量和重新初始化的状态耦合到振荡器的二能级系统的辅助诱导的静态压缩。我们的非自适应反馈回路提供了有趣的可能性量子态工程和开放系统的情况下转向。
2015-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energetically efficient, mediated mechanical system for precise control of hoisting operations
本文提出一种高能效介导机械控制系统，利用弹簧谐波运动与量子捷径绝热协议实现起重作业的精确控制与能量回收，在循环过程中显著降低能耗并支持鲁棒性优化。
2025-07-02 physics.class-ph quant-ph
Notions of controllability for quantum mechanical systems
在本文中，我们定义了四个不同的概念的可控性的物理利益的多级量子力学系统。这些概念涉及驱动演化算子以及系统状态的可能性。我们建立这些不同的概念之间的联系，以及方法来验证可控性。本文还包含的结果之间的关系在任意小时间的系统的可控性变化的紧变换李群和相应的系统在相关的齐次空间。作为应用，我们证明了对于两个自旋为1/2的相互作用粒子系统，并不是所有的态转移都能在任意小的时间内得到。
2002-11-20 quant-ph
Quantum memories with electrically controlled storage and retrieval in an opto- and electro-mechanical cavity
提出了一种在光机电腔中实现电控量子存储器的新方案。将这种OEM腔与电磁感应透明（EIT）机制相结合，我们发现由$Λ$型三能级原子系综的两个光跃迁所产生的量子干涉是可以电操纵的。数值计算表明，通过发送一个电流脉冲，探测光子态可以很好地存储到原子自旋态中，而通过发送另一个方向相反的电流脉冲，探测光子态可以以时间反对称的方式被恢复。电控制量子干涉有望应用于其他量子控制方面。
2013-09-12 quant-ph
Optical coupling control of isolated mechanical resonators
本文提出描述两对机械与光学模式的哈密顿量模型，利用有限元模型确定参数范围，证明在光驱动下可近似为参量相互作用模型，并展示了光学分束器、机械双向耦合器和双模机械压缩器等应用。
2023-05-26 quant-ph
Smooth Controllability of Infinite Dimensional Quantum Mechanical Systems
无限维量子系统的操纵对于控制具有许多实际物理和化学背景的复杂量子动力学具有重要意义。本文对无穷维流形上演化的量子系统的能控性问题进行了一般性的研究。认识到这样的问题与无限维可控性代数，我们引入一个代数数学框架来描述量子控制系统具有这样的可控性代数。在此基础上，我们提出了无穷维流形上光滑能控性的概念，并得到了关于逼近强光滑能控性的主要结果。这是一个非平凡的扩展现有的可控性结果的基础上分析有限维向量空间上无限维流形。它也为未来的研究开辟了许多有趣的问题。
2005-12-12 quant-ph
Coherent Control of a Nitrogen-Vacancy Center Spin Ensemble with a Diamond Mechanical Resonator
在金刚石的三重态自旋状态中的氮空位（NV）中心的相干控制传统上是在磁偶极子选择规则的约束下通过共振交流磁场来实现的，磁偶极子选择规则禁止直接控制$|-1>\leftrightarrow |+1>$自旋跃迁。我们发现，与自旋态分裂共振的高频应力可以相干地控制NV中心的自旋在这个子空间。利用单晶金刚石制作的体模机械微谐振器，在金刚石衬底上施加强交流应力，观察到NV中心自旋系综的$|-1>$和$|+1>$态之间的机械驱动拉比振荡.此外，我们使用机械Ramsey序列测量自旋系综的非均匀自旋退相时间（$T_{2}^{*}$），并将其与用磁性Ramsey序列测量的NV中心基态内可用的三个自旋量子位组合中的每一个的退相时间进行比较。这些结果证明了机械谐振器的相干自旋驱动，并且可以在NV中心基态内创建相敏的$Δ$系统。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement-enhanced time-continuous quantum control in optomechanics
光腔-光机械辐射压相互作用提供了在机械振子和与之相互作用的电磁场之间产生纠缠的手段，在这里我们展示了如何在时间连续的量子控制框架内利用这种纠缠，来设计机械系统的量子态.具体来说，我们分析了如何准备一个低熵的机械状态（测量为基础的）反馈冷却操作在蓝色失谐制度，通过时间连续纠缠交换的二分机械纠缠的创建，并准备压缩机械状态的时间连续隐形传态。这里提出的协议是可行的，在光学机械系统表现出大于1的协同。
2015-03-18 quant-ph
Electro-mechanical control of an on-chip optical beam splitter containing an embedded quantum emitter
我们演示了一个包含量子点单光子源的片上GaAs光学分束镜的机电控制。该分束镜由两个纳米束波导组成，它们形成定向耦合器（DC）。DC的分束比通过使用机电致动改变两个波导的面外间隔来控制。我们可逆地调整的分束镜之间的初始状态，发射到两个输出臂，和一个最终的状态与光子发射到一个单一的输出arm. The设备代表了一个紧凑的和可扩展的调谐方法用于III-V族半导体集成量子光学电路。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Mechanical spin control of nitrogen-vacancy centers in diamond
随着基于自旋的量子技术的发展，用非磁场操纵自旋的能力是至关重要的-无论是对于混合量子系统的开发还是对于与传统技术的兼容性。特别有用的例子是电场、光场和机械晶格振动。其中最后一个代表直接自旋-声子耦合，这已经获得了作为自旋-自旋相互作用的潜在介体的基本兴趣，但也可以在高稳定性惯性传感中找到应用。在这封信中，我们证明了直接耦合声子和氮空位（NV）中心自旋在金刚石诱导自旋跃迁与机械驱动的谐波应变。机械地控制NV自旋的能力可以增强基于NV的量子精密测量，准许访问NV中心的自旋-1量子态内的所有跃迁，并且提供在几个相互作用的自旋的水平上研究自旋-声子相互作用的平台。
2013-06-26 cond-mat.mes-hall 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
Frequency Conversion: Side-band cooling, state-swapping, and coherent control of mechanical resonators
边带冷却是一种潜在地允许在其基态中制备机械谐振器的技术，这对于量子技术中的未来应用是重要的。Tian最近表明，边带冷却可以通过调制纳米谐振器和超导振荡器之间的耦合来实现，这是一个频率转换过程[L。Tian，PRB 79，193407（2009）]。虽然边带冷却通常在稳态范围内处理，但有效的谐振耦合也会产生从超导体到机械谐振器的近乎完美的状态交换。我们对这个系统进行了数值模拟，研究了通过状态交换实现的基态冷却。此外，我们表明，超导振荡器可以用来控制谐振器的振幅和相位，同时冷却它，从而作为一个相干的“量子反馈控制器”。
2010-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information processing with nuclear spins mediated by a weak-mechanically controlled electron spin
我们提出了一个方案，以实现核-核间接相互作用介导的机械驱动的氮空位（NV）中心的钻石。在这里，我们展示了两个量子比特纠缠门和两个碳核之间的量子态转移。当偶极-偶极相互作用强度远大于驱动场强度时，该方案对NV中心（核自旋）与环境耦合引起的退相干具有鲁棒性。方便地，不需要偶极耦合的精确控制，因此该方案对核自旋和NV中心的波动位置不敏感。我们的计划提供了一个通用的蓝图，多核自旋门和多方通信。
2022-11-17 quant-ph
Optomechanical non-reciprocity and its equivalence to antiresonance: Control of isolation frequency using mechanical drive
我们证明，光机械非互易性是等效的反共振，经常讨论的耦合驱动谐振子的上下文中。我们发现，适当的相位差的腔驱动场之间的相关的光机耦合复杂，这将导致非互易性的场波动和反共振的平均场振幅。这种与反谐振的类比表明，只有对于输入信号的特定频率（所谓的隔离频率），才能实现最大的非互易性。与以前的研究相比，我们在这里表明，可以动态地控制这种隔离频率，通过施加适当的频率的机械驱动膜中的optomechanical设置。
2020-06-15 physics.optics 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
Dark-Mode Control of Contrasting Entanglement and Bell Nonlocality between Mechanical Oscillators
IMEC；Hasselt University（哈瑟尔特大学）；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高级研究院（STIAS））；CNRS, Université de Lille, Centrale Lille, Université Polytechnique Hauts-de-France（法国国家科学研究中心、里尔大学、中央里尔学院、上法兰西理工学院）
本研究提出耦合双机械振子的光机械系统方案，发现纠缠与贝尔非定域性存在权衡，引入相位依赖声子隧穿可选择性增强特定暗模式下的贝尔非定域性，为量子通信提供实验可行平台。
2026-09-22 quant-ph
Tunable coupling to a mechanical oscillator circuit using a coherent feedback network
我们展示了一个完全低温微波反馈网络组成的模块化超导设备连接的传输线，并设计用于控制耦合到设备之一的机械振荡器。该网络具有机电设备和可调控制器，可相干接收，处理和反馈连续微波信号，修改力学状态的动态和读数。虽然先前的机电系统代表了机械状态的有效控制和有效读出之间的某种折衷，如由电磁衰减速率所设置的，但可调谐控制器产生闭环网络，该闭环网络可以在两个极端之间动态地且连续地调谐，比机械响应时间快得多。我们证明，微波衰减率可以调制至少10倍的速率大于$10^4$倍的机械响应速率。该系统很容易构建，并表明一些有用的功能可能在模块化量子电磁设备的网络级别上最自然地出现。
2013-06-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Unconditional mechanical squeezing via back-action evading measurements and non-optimal feedback control
机械谐振器的反作用规避（BAE）测量，通过连续监测一个单一的正交运动，可以实现精度低于零点的不确定性。当这种情况发生时，测量使谐振器处于量子压缩状态。然而，如此产生的压缩态取决于测量结果，而对于大多数应用，期望具有确定性，即，无条件的压缩态，具有所需的性质。在这项工作中，我们应用反馈控制，以实现确定性操纵的机械压缩的光学机械系统进行连续的BAE测量。我们详细研究了两种策略，直接（马尔可夫）和基于状态的（贝叶斯）反馈。我们表明，两者都能够实现最佳性能，即，由反馈回路增加的消失的噪声。此外，即使当反馈被限制为随时间变化的机械力（实验友好的情况下），并考虑一个不完美的BAE制度，随后的非最佳反馈可能仍然获得显着量的挤压。特别是，我们表明，贝叶斯反馈控制是几乎最佳的宽范围的边带分辨率。我们的分析是直接相关的超灵敏测量和量子态工程的国家的最先进的光机设备。
2021-02-24 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
Quantum state preparation, tomography, and entanglement of mechanical oscillators
精密设计的机械振荡器可以计时、过滤信号和感知运动，使其成为当今技术领域不可或缺的一部分。这些独特的能力促使机械设备通过与工程量子线路接口而进入量子领域。将微波频率的机械共振器与超导装置结合的提议，暗示了强大的量子声学处理器的可能性。同时，在几个力学系统中的实验已经证明了量子态的控制和读出，声子数分辨率，以及声子介导的量子比特-量子比特相互作用。目前，这些声学平台缺乏能够用单个量子比特控制多个机械振荡器的量子态的处理器，以及纠错所需的机械态的快速量子非破坏测量。在这里，我们使用一个超导量子比特来控制和读出一对纳米机械谐振器的量子态。我们的设备能够进行快速量子位力学交换操作，我们使用它来确定性地操纵机械状态。通过将量子比特同时置于两个机械谐振器的强色散区，我们通过拉姆齐测量确定了谐振器的声子数分布。最后，我们提出了量子层析成像的准备非经典和纠缠的机械状态。我们的结果代表了一个具体的步骤，以反馈为基础的操作的量子声学处理器。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast feedback control of mechanical motion using circuit optomechanics
本文在电路光机电系统中实现基于测量的机械振子反馈冷却，将热噪声降至3个量子，并在无反馈时不稳定的蓝光力学边带泵浦条件下实现显著冷却。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Control of Fano Resonances in a Macroscopic Four-Mirror Cavity
我们演示了相干控制的光机械诱导的透明度和法诺共振的四镜宏观光机械腔，有两个可移动的镜子，每个驱动的外部机械泵。相干机械泵的振幅和相位的可变控制提供了调谐Fano轮廓的形状和性质的手段。此外，我们的计划表明，可调的光学机械功能的发生，即使在非常低的机械驱动场振幅，在宏观光学机械腔。
2019-05-02 physics.optics quant-ph
