Наночастицы, застрявшие между зеркалами, работают как квантовый датчик

Датчики являются основой Интернета вещей, предоставляя данные для управления всеми видами объектов. Здесь важна точность, и именно здесь квантовые технологии могут иметь значение. В настоящее время исследователи демонстрируют, как наночастицы в крошечных оптических резонаторах можно перевести в квантовый режим и использовать в качестве высокоточных ов.


Достижения в квантовой физике открывают новые возможности для значительного повышения точности датчиков и, таким образом, позволяют использовать новые технологии. Группа под руководством Ориола Ромеро-Изарта из Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук и факультета теоретической физики Университета Инсбрука, а также группа под руководством Ромена Куидана из Швейцарской высшей технической школы Цюриха в настоящее время предлагают новую концепцию. для высокоточного квантового датчика. Исследователи предполагают, что флуктуации движения наночастицы, захваченной в микроскопическом оптическом резонаторе, могут быть значительно уменьшены ниже движения нулевой точки, используя быструю неустойчивую динамику системы.

Частица попала между зеркалами

Механическое квантовое сжатие уменьшает неопределенность флуктуаций движения ниже нулевого движения, и это было экспериментально продемонстрировано в прошлом с микромеханическими резонаторами в квантовом режиме. Теперь исследователи предлагают новый подход, специально предназначенный для левитирующих механических систем. «Мы демонстрируем, что правильно спроектированный оптический резонатор можно использовать для быстрого и сильного ограничения движения левитирующей наночастицы», — говорит Катя Кустура из команды Ориола Ромеро-Изарта в Инсбруке. В оптическом резонаторе свет отражается между зеркалами и взаимодействует с левитирующей наночастицей. Такое взаимодействие может привести к динамическим неустойчивостям, которые часто считаются нежелательными.

Исследователи теперь показывают, как их можно вместо этого использовать в качестве ресурса. «В настоящей работе мы показываем, как при правильном контроле этих нестабильностей результирующая неустойчивая динамика механического осциллятора внутри оптического резонатора приводит к механическому сжатию», — говорит Кустура. Новый протокол устойчив к диссипации, что делает его особенно применимым в левитирующей оптомеханике. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи применяют этот подход к наночастице диоксида кремния, связанной с микрополостью посредством когерентного рассеяния. «Этот пример показывает, что мы можем сжать частицу на порядки ниже нулевого движения, даже если начать с начального теплового состояния», — с удовлетворением отмечает Ориол Ромеро-Изарт.

В работе предлагается новое использование оптических резонаторов в качестве механических квантовых сжимателей и предлагается новый жизнеспособный путь в левитирующей оптомеханике за пределами квантового охлаждения основного состояния. Таким образом, микрорезонаторы предлагают интересную новую платформу для разработки квантовых датчиков, которые можно использовать, например, в спутниковых миссиях, беспилотных автомобилях и в сейсмологии. Исследования в Инсбруке и Цюрихе проводились при финансовой поддержке Европейского Союза.