混合光机械力传感器中的零差相干量子噪声抵消

在本文中，我们提出一种实验可行的方案，在压缩真空注入辅助的混合光机械装置中增强力探测灵敏度，超越标准量子极限（SQL）。该方案基于相干量子噪声抵消（CQNC）策略与腔输出谱的变零差（variational homodyne）探测相结合，其中本地振荡器的相位被优化。在CQNC中，在系统中实现负质量振子可通过破坏性量子干涉精确抵消来自机械的反馈噪声。压缩真空注入增强了这种抵消，并允许在宽频带和更低输入激光功率下达到亚SQL灵敏度。我们在此表明，采用变零差读出使我们能够将这种噪声抵消相比探测光输出相位正交分量的标准情况增强多达$40 ~\mathrm{dB}$，从而实现量级为$10^{-19} \mathrm{N}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$的卓越力灵敏度，相比标准情况提升约2个数量级。此外，我们表明在非零腔失谐下，信号响应可被放大到标准无变零差读出情况的3至5倍，改善了信噪比（SNR）。最后，本文发展的变零差读出CQNC可应用于其他类光机械平台，如悬浮系统、多模光机械阵列或晶体以及基于约瑟夫森的光机械系统。