使用超低噪声腔室的室温量子光力学
量子物理
2024-02-16 v1
摘要
光的庞德洛莫夫压缩，即机械振子在与光场相互作用的相位和振幅间产生量子关联，是光力学量子机制的典型特征。在室温下，这仅在开创性实验中达到过，其中光学恢复力控制振子刚度，类似于光晶格中原子的振动运动。这些包括悬浮纳米颗粒和光捕获悬臂。工程化机械谐振子的最新进展（其恢复力由材料刚性而非外部光势提供）通过利用“软夹紧”实现了超高品质因数（Q）。然而，此类谐振子进入量子机制迄今一直受到光学腔频率涨落和热互调噪声的阻碍。在此，我们克服这一挑战，并在声子工程化膜中系统（membrane-in-the-middle）中演示了室温光力学压缩。通过使用高精细度腔室，其镜面采用声子晶体结构图案化，我们将腔频率噪声降低了 700 倍以上。在这一超低噪声腔室中，我们引入了一种氮化硅膜振子，其密度由硅纳米柱调制，从而产生高热导率和局域化机械模式，Q 为 1.8e8。这些进展使得在海森堡极限的 2.5 倍因子内运行成为可能，导致探测场压缩至低于真空涨落 1.09 dB。此外，膜振子的长热退相干时间（超过 30 个振动周期）使我们能够使用多模卡尔曼滤波器获得占据数为 0.97 个声子的条件位移热运动态。我们的工作将工程化宏观振子的量子控制扩展到了室温。
引用
@article{arxiv.2309.15051,
title = {Room-temperature quantum optomechanics using an ultra-low noise cavity},
author = {Guanhao Huang and Alberto Beccari and Nils J. Engelsen and Tobias J. Kippenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.15051},
year = {2024}
}