室温下机械运动的实时最优量子控制
量子物理
2021-08-04 v2 原子物理
光学
摘要
通过测量与反馈精确控制物理系统动力学的能力是现代工程学的支柱。如今，对应用量子技术日益增长的需求要求将此种控制水平适配于单个量子系统。以最优方式实现这一点是一项挑战性任务，依赖于量子极限测量以及专为状态估计与反馈定制的算法。迄今成功的实现包括光学与原子系统层面的实验。在此我们演示了对光阱中纳米粒子的量子轨迹的实时最优控制。我们将接近海森堡极限的共焦位置传感与通过卡尔曼滤波的最优状态估计相结合，以 1.3 倍零点涨落的位置不确定度实时追踪相空间中的粒子运动。最优反馈使我们能将量子谐振子稳定至平均占据数 量子，从而实现从室温的量子基态冷却。我们的工作确立了量子卡尔曼滤波作为实现机械运动量子控制的方法，对各类尺度的传感具有潜在意义。结合悬浮技术，这为在线性与非线性系统中对固态宏观量子物体的波包动力学实现全尺度控制铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2012.15188,
title = {Real-time optimal quantum control of mechanical motion at room temperature},
author = {Lorenzo Magrini and Philipp Rosenzweig and Constanze Bach and Andreas Deutschmann-Olek and Sebastian G. Hofer and Sungkun Hong and Nikolai Kiesel and Andreas Kugi and Markus Aspelmeyer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.15188},
year = {2021}
}