强耦合至里德堡超原子的光纳米力学：相干与非相干动力学

我们提出了一种混合光机械量子系统，由一个运动膜与处于里德堡态的$N$原子系综强耦合而成。由于原子间强烈的 van-der-Waals 相互作用，该系综形成了一个有效的二能级系统，即里德堡超原子，并具有集体增强的原子 - 光耦合。利用这种超原子施加的集体增强，对于当前实验参数范围内的参数，膜与超原子之间的强耦合是可行的。耦合膜与超原子的量子界面可以是泵浦单模腔，也可以是自由空间中的激光场，此时里德堡超原子与膜在空间上是分离的。除了相干动力学外，我们还详细研究了典型耗散过程的影响，特别是作为原子激发非相干叠加源头的辐射衰变。我们确定了抑制这些非相干动力学的条件，从而确定了强耦合的参数区域。该混合系统中的里德堡超原子作为纳米机械谐振器的工具箱，允许广泛的应用，如状态转移、 sympathetic cooling（协同冷却）和非经典态制备。作为示例，我们展示了无需基态冷却即可将热占据的膜制备到非经典态。