光双阱势能强度最小值处纳米粒子的反馈稳定控制
系统与控制
2025-12-18 v1 系统与控制
量子物理
摘要
本文发展并分析了自适应反馈控制策略，以稳定和约束纳米粒子位于光双阱势能强度最小值的不稳定位置。针对非线性光势能中受噪声驱动的机械粒子所需解决的随机最优控制问题，必须考虑不可避免的实验缺陷，如测量非线性和光学设备的缓慢漂移。为此，我们在不稳定平衡点附近简化模型，并采用间接自适应控制技术以动态跟踪势能景观的变化。我们的做法导致一个简单且高效的线性二次高斯（Linear Quadratic Gaussian, LQG）控制器，可在快速且成本效益高的FPGA上实现，确保可访问性和可重复性。我们演示了该策略成功跟踪强度最小值并显著降低纳米粒子残余状态方差，从而有效降低其质心温度。虽然传统光阱依赖于光场在强度最大处的约束力，但在强度最小值处的约束可减缓吸收加热，这在先进的量子实验中至关重要。由于LQG控制自然扩展到量子范畴，我们的结果为未来在当前吸收加热限制之外的量子态准备路径提供了前景，包括物态干涉和量子引力界面测试。
引用
@article{arxiv.2508.10601,
title = {Feedback stabilization of a nanoparticle at the intensity minimum of an optical double-well potential},
author = {Vojtěch Mlynář and Salambô Dago and Jakob Rieser and Mario A. Ciampini and Markus Aspelmeyer and Nikolai Kiesel and Andreas Kugi and Andreas Deutschmann-Olek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.10601},
year = {2025}
}