Transferência de estado quântico da luz para os osciladores macroscópicos forex

Acoplamento coerente quantum de um oscilador mecânico para um modo de cavidade óptica Ferramentas do artigo Os campos de laser óptico têm sido amplamente utilizados para alcançar o controle quântico sobre os graus de liberdade e átomos de átomos e íons 1. 2. moléculas e gases atômicos. Uma via para controlar os estados quânticos de osciladores mecânicos mecânicos de forma semelhante é explorar o acoplamento paramétrico entre graus de liberdade ópticos e mecânicos através da pressão de radiação em cavidades ópticas adequadamente manipuladas 3. 4. 5. 6. Se o acoplamento optomecânico for x02018qual Coherentx02019x02017, isto é, se a taxa de acoplamento coerente exceder tanto os estados ópticos quanto os de classificação mecânica de decoerência x02017quantum são transferidos do campo óptico para o oscilador mecânico e vice-versa. Esta transferência permite o controle do estado do oscilador mecânico usando a ampla gama de técnicas ópticas quânticas disponíveis. Até agora, no entanto, o acoplamento quantum-coerente de osciladores micromecânicos só foi alcançado usando campos de microondas a temperaturas de millikelvin 7. 8. As experiências ópticas não atingiram este regime devido às grandes taxas de decoerência mecânica 9 e à dificuldade de superação da dissipação óptica 10. Aqui conseguimos um acoplamento coerente quantático entre fótons ópticos e um oscilador micromecânico. Simultaneamente, o acoplamento ao banho de fótons frio arrefece o oscilador mecânico para uma ocupação média de 1,7 thinsp x000B1 thinsp 0,1 quanta de movimento. A excitação com pulsos de luz clássicos fracos revela a troca de energia entre o campo de luz óptica e o oscilador micromecânico no domínio do tempo ao nível de menos de um quantum em média. Este sistema optomecânico estabelece uma interface quântica eficiente entre os osciladores mecânicos e fótons ópticos, que podem fornecer o transporte de estados quânticos sem decoerência através de fibras ópticas. Nossos resultados oferecem uma rota para o uso de osciladores mecânicos como transdutores quânticos ou em ligações quânticas de microondas para ótica 11. 12. 13. 14. 15. Termos do assunto: de relance a. Micrografia eletrônica de varredura de cores falsas de um ressonador toroidal com âncora de raio 31 thinsp x000B5m de diâmetro usado para os experimentos optomecânicos relatados neste trabalho. B. Esboço de um modo de galeria de sussurro óptico no microresonador (as cores indicam a fase óptica). C. Deslocamento simulado (exagerado para clareza) do modo de respiração radial fundamental da estrutura. D. Cavidade optomecânica equatorial Fabryx02017Px000E9rot: o acoplamento quantum-coerente é alcançado quando a taxa de acoplamento melhorada x003A9 c é comparável ou superior às taxas de decoerência óptica e mecânica. Devido à grande assimetria entre freqüências mecânicas e ópticas, as ocupações dos dois ambientes são amplamente diferentes. uma . A resposta coerente do sistema é obtida varrendo um feixe de sonda fraco (na freqüência x003C9 l thinsp thinsp x003A9 mod) sobre a ressonância da cavidade e registrando o sinal homodinário P (normalizado para o modificador de potência P usado para criar o feixe da sonda). A desatualização ajustada (x00394 x003A9 m) é indicada para cada um dos traços. O ajuste fornece uma estimativa precisa da taxa de acoplamento x003A9 c através da janela OMIT (Informações suplementares). B. O espectro de ruído browniano medido na ausência de uma sonda coerente para cada uma das desertas em a. Os espectros são corrigidos para a resposta do detector e uma pequena contribuição da dispersão de Brillouin de onda acústica guiada (GAWBS) nas fibras (ver Informações complementares). A inserção mostra um close-up do espectro obtido para x00394 x003A9 m x020171.89. As taxas de decoerência indicadas x003B3 são deduzidas da amplitude de cada espectro de ruído (as curvas mostram o resultado do modelo com x003B3 ajustado). C. Recuperação de ocupação em função da desavença. A ocupação mínima é 1.7 thinsp x000B1 thinsp 0.1, o que significa que o oscilador tem uma probabilidade de 37 thinsp x000B1 thinsp 4 de ocupar seu estado fundamental. A inserção mostra a densidade espectral de deslocamento mecânico inferido S xx para desatenções usadas em a e b calculadas usando os parâmetros extraídos. Barras de erro, estimadas a partir da. (Ver Informações Suplementares). uma . B. A resposta óptica coerente (a) e o espectro de ruído mecânico incoerente (b) para vários desatenções do laser de acoplamento (com potência constante P 1.4 thinsp mW). Todas as curvas são normalizadas, e deslocadas verticalmente pelo detuning. Evidente em ambos os painéis é a travessia evitada, que se origina da divisão do modo normal optomecânico. Um segundo modo mecânico muito mais acoplado fraco a 71 thinsp MHz é omitido e as curvas são sombreadas para maior clareza. C. Espectro de ruído Homodyne obtido para x00394 x02017 x003A9 m. A linha vermelha é um ajuste do modelo. Apenas é ajustada a taxa de decoerência (determinando a amplitude), enquanto a forma é fixada através dos parâmetros determinados a partir da resposta coerente. D. Comparação das taxas de decoerência mecânica (verde) e óptica (azul) com a taxa de acoplamento coerente (vermelho) em função da desunião. O aumento de x003B3 perto da ressonância reflete o aquecimento da cavidade devido à maior quantidade de luz absorvida. Na faixa lateral mecânica inferior, onde a interação é ressonante, as taxas de decoerência são comparáveis ​​à taxa de acoplamento, conseguindo um acoplamento coerente quântico. Barras de erro, estimadas a partir da. (Ver Informações Suplementares). Essa troca é avaliada no domínio do tempo como medida (x02018Datax02019) e calculada numericamente (x02018Modelx02019). Um pulso de modulação (traços azuis) aplicado ao modulador de fase cria um pulso de excitação que examina a dinâmica do sistema optomecânico na presença do campo de acoplamento. A resposta do sistema é codificada no sinal de saída homodina (traços vermelhos). Usando o modelo completo do sistema, o deslocamento mecânico pode ser simulado adicionalmente (traços verdes). uma . Esquema do esquema de excitação, com a resposta de freqüência da cavidade esboçada como a curva vermelha. B. No regime de acoplamento fraco (painéis superiores), o pulso de saída óptica exibe apenas uma assinatura fraca da injeção mecânica excitada pelo estourar curto da pressão de radiação. No caso do acoplamento forte (painéis inferiores), os envelopes modulados da resposta do domínio do tempo indicam vários ciclos de oscilação entre excitações ópticas e mecânicas coerentes do sistema. C. Resultados para a excitação fraca (número médio de fótons) e forte acoplamento. Referências Referências bull Informações do autor bull Informação complementar Wineland, D. J. et al. Problemas experimentais na manipulação coerente do estado quântico de íons atômicos presos. J. Res. Natl Inst. Ficar de pé. Technol. 103. 259 x02017 328 (1998) ChemPort Kimble, H. J. Interações fortes de átomos únicos e fótons na cavidade QED. Phys. Scripta T76. 127 x02017 137 (1998) Braginsky, V. B. Medição de forças fracas em experimentos de física (Univ. Chicago Press, 1977) Kippenberg, T. J. amp Vahala, K. J. Optomecânica de cavidade: ação posterior na mesoescala. Ciência 321. 1172 x02017 1176 (2008) ChemPort ISI PubMed Artigo Favero, I. amp Karrai, K. Optomecânica de cavidades ópticas deformáveis. Nature Photon. 3. 201 x02017 205 (2009) ChemPort ISI Article Clerk, A. A. Devoret, M. H. Girvin, S. M. Marquardt, F. amp Schoelkopf, R. J. Introdução ao ruído quântico, medição e amplificação. Rev. Mod. Phys. 82. 1155 x02017 1208 (2018) Artigo ISI Ox27Connell, A. D. et al. Controle do estado do solo quântico e controle de um único fono de um ressonador mecânico. Natureza 464. 697 x02017 703 (2018) Artigo de ChemPort ISI PubMed Teufel, J. D. et al. Refrigeração em banda lateral do movimento micromecânico para o estado do solo quântico. Nature 475. 359 x02017 363 (2017) ChemPort ISI PubMed Artigo Grx000F6blacher, S. Hammerer, K. Vanner, M. R. amp Aspelmeyer, M. Observação do acoplamento forte entre um ressonador micromecânico e um campo de cavidade óptica. Nature 460. 724 x02017 727 (2009) ChemPort ISI PubMed Artigo Chan, J. et al. Refrigeração a laser de um oscilador nanomecânico em seu estado central quântico. Natureza 478. 89 x02017 92 (2017) ChemPort ISI PubMed Artigo Zhang, J. Peng, K. amp Braunstein, S. L. Transferência de estado quântico de osciladores de luz para macroscópicos. Phys. Rev. A 68. 013808 (2003) ChemPort Artigo Tian, ​​L. amp Wang, H. Conversão óptica de comprimento de onda de estados quânticos com optomecânica. Phys. Rev. A 82. 053806 (2018) Artigo de ChemPort Akram, U. Kiesel, N. Aspelmeyer, M. amp Milburn, G. J. Opto-mecânica de um único fóton no forte regime de acoplamento. N. J. Phys. 12. 083030 (2018) Artigo de ChemPort Stannigel, K. Rabl, P. Sorensen, A. S. Zoller, P. amp Lukin, M. D. Transdutores optomecânicos para comunicação quântica de longa distância. Phys. Rev. Lett. 105. 220501 (2018) ChemPort PubMed Artigo Regal, C. A. amp Lehnert, K. W. Da eletromecânica da cavidade à optomecânica da cavidade. J. Phys. Conf. Ser. 264. 012025 (2017) Artigo Schwab, K. C. amp Roukes, M. L. Colocando mecânica em mecânica quântica. Phys. Hoje 58. 36 x02017 42 (2005) Artigo ISI Teufel, J. D. et al. Electromecânica da cavidade do circuito no forte regime de acoplamento. Nature 471. 204 x02017 208 (2017) ChemPort ISI PubMed Artigo Wilson-Rae, I. Nooshi, N. Zwerger, W. amp Kippenberg, T. J. Teoria do resfriamento do estado fundamental de um oscilador mecânico usando a ação dinâmica. Phys. Rev. Lett. 99. 093901 (2007) ChemPort PubMed Artigo Marquardt, F. Chen, J. P. Clerk, A. A. amp Girvin, S. M. Teoria quântica do resfriamento da banda lateral assistido com cavidade do movimento mecânico. Phys. Rev. Lett. 99. 093902 (2007) Artigo de ChemPort PubMed Dobrindt, J. M. Wilson-Rae, I. amp Kippenberg, T. J. Separação paramétrica do modo normal na optomecânica da cavidade. Phys. Rev. Lett. 101. 263602 (2008) ChemPort PubMed Article Khalili, F. et al. Preparando um oscilador mecânico em estados quânticos não gaussianos. Phys. Rev. Lett. 105. 070403 (2018) ChemPort PubMed Artigo Romero-Isart, O. et al. Eletricamente levitando dielétricos no regime quântico: teoria e protocolos. Phys. Rev. A 83. 013803 (2017) Artigo de ChemPort Arcizet, O. Rivix000E8re, R. Schliesser, A. Anetsberger, G. amp Kippenberg, T. J. Propriedades criogênicas das microcavidades de sílica optomecânica. Phys. Rev. A 80. 021803 (R) (2009) Anetsberger, G. Rivix000E8re, R. Schliesser, A. Arcizet, O. amp Kippenberg, T. J. Ultralow-dissipação ressonadores optomecânicos em um chip. Nature Photon. 2. 627 x02017 633 (2008) ChemPort Artigo Kippenberg, T. J. Rokhsari, H. Carmon, T. Scherer, A. amp Vahala, K. J. Análise da oscilação mecânica induzida por pressão de radiação de uma microcavidade óptica. Phys. Rev. Lett. 95. 033901 (2005) ChemPort PubMed Article Rivix000E8re, R. et al. Refrigeração de banda lateral optomecânica de um oscilador micromecânico próximo ao estado central quântico. Phys. Rev. A 83. 063835 (2017) ChemPort Artigo Weis, S. et al. Transparência induzida de forma optomecânica. Science 330. 1520 x02017 1523 (2018) ChemPort ISI PubMed Artigo Schliesser, A. Rivix000E8re, R. Anetsberger, G. Arcizet, O. amp Kippenberg, T. Refrigeração em banda resolvida de um oscilador micromecânico. Nature Phys. 4. 415 x02017 419 (2008) ChemPort ISI Artigo Lvovsky, A. I. et al. Reconstrução do estado quântico do estado Fock de um único fóton. Phys. Rev. lett. 87. 050402 (2001) ChemPort PubMed Artigo: Lee, K. H. McRae, T. G. Harris, G. I. Knittel, J. amp Bowen, W. P. Arrefecimento e controle de um sistema optoeletromecânico cavidade. Phys. Rev. Lett. 104. 123604 (2018) Artigo de ChemPort PubMed Informações do autor Autores principais Informações complementares Dados adicionais O genoma de Chenopodium quinoaTranstação de estado-quênuo de osciladores de luz para macroscópica Citações Citações 172 Referências Referências 56 Muitos dos rudimentos da optomecânica quântica datam das tentativas iniciais de A investigação de uma das previsões mais proeminentes do GTR, ou seja, as ondas gravitacionais. No entanto, durante a última década, esforços significativos foram dedicados ao desenvolvimento e implementação de interação optomecânica para detecção de posição ou força 41424344, reação de reação 45, 46, transferência de estado quântico 47, geração de emaranhamento optomecânico 484950. realização de transparência induzida optomecanicamente 515253 e geração de auto - oscilações mecânicas sutis 54. Outro aspecto interessante dos sistemas optomecânicos, que ainda não foi investigado, é que eles podem ser considerados como sistemas candidatos promissores para aplicações de simulação quântica. Resumo: neste artigo, teoricamente, propomos um esquema optomecânico para explorar a possibilidade de gerar um condensado fotossônico de Bose-Einstein (BEC), bem como simular a propagação das excitações coletivas do condensado de fótons em um espaço curvo - Tempo. Para este propósito, introduzimos um processo de termalização de conservação de números para um gás fotônico bidimensional em uma microcavidade optomecânica, conduzida por dois campos laser externos. No regime de dissipação reversa (RDR) da optomecânica da cavidade onde o oscilador mecânico atinge o equilíbrio com o seu reservatório térmico muito mais rápido do que os modos de cavidade, os graus mecânicos de liberdade podem ser eliminados adiabáticamente. A eliminação adiabática do modo mecânico não só proporciona uma interação fóton-fóton não linear direta, como também dá origem à termalização do gás fotônico. Usando a equação Gross-Pitaevskii (GPE) mostramos que as flutuações de fase no fluido de fótons bidimensional obedecem à equação de Klein-Gordon para um campo escalar sem massa que se propaga em um espaço-tempo curvo. Os resultados revelam que o fluido de fótons, bem como a métrica correspondente, podem ser controlados manipulando os parâmetros do sistema. Texto completo Artigo de dezembro de 2017 F. Bemani R. Roknizadeh MH Naderi quot Esta configuração foi amplamente utilizada para discutir a sincronização quântica de tempo contínuo 394041. No segundo tipo de proposta, dois feixes de luz emaranhados foram utilizados para enredar dois sistemas mecânicos sem a Necessidade de medição 424344. No terceiro tipo de configurações propostas, dois feixes de luz de onda contínua, deixando duas cavidades optomecânicas continuamente bombeadas, são detectados em conjunto na medida de Bell e a fotocorrente é usada para corrigir os osciladores mecânicos 454647. quot File Data Dec 2017 Nikita Vostrosablin Andrey A. Rakhubovsky Radim Filip Esta configuração foi amplamente utilizada para discutir a sincronização quântica de tempo contínuo 373839. No segundo tipo de propostas, dois feixes de luz emaranhados foram utilizados para enredar dois sistemas mecânicos sem necessidade de medição 404142. No terceiro tipo de configurações propostas, dois feixes de luz de onda contínua, deixando dois continentes Cavidades optomecânicas bombeadas, são detectadas conjuntamente na medição de Bell e a fotocorrente é usada para corrigir os osciladores mecânicos 434445. quot Mostrar resumo Ocultar resumo RESUMO: Configuração viável para a interação quântica de não-demolição pulsada entre dois osciladores mecânicos distantes através de mediador óptico ou microondas é proposto. A proposta usa medição homogênea do mediador e controle de feedforward dos osciladores mecânicos para alcançar a interação. Para verificar a natureza quântica da interação, investigamos o emaranhamento gaussiano gerado nos modos mecânicos. Nós avaliá-lo sob influência do banho mecânico e perda de propagação para o mediador e propor formas de otimizar a interação. Finalmente, as duas plataformas optomecânicas e eletromecânicas atualmente disponíveis são analisadas numericamente. A análise mostra que a implementação já é viável com a tecnologia atual. Texto integral Artigo Maio 2017 Nikita Vostrosablin Andrey A. Rakhubovsky Radim Filip