[論文レビュー] Optical response properties of hybrid electro-opto-mechanical system interacting with a qubit

Tarun Kumar, Surabhi Yadav+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2021

Mechanical and Optical Resonators参考文献 89被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、キュービットに結合されたハイブリッド電気光機械的系を提案し、解決済みサイドバンド領域において、チューナブルな全光スイッチング、二重光機械的誘起透過（OMIT）、光機械的誘起吸収（OMIA）を実証した。結合定数やキャビティ減衰率といったシステムパラメータを操作することで、OMITとOMIAの間での制御可能なスイッチングに加え、異常分散および通常モード分裂（NMS）を達成し、量子光デバイスおよび全光スイッチングへの応用を可能にした。

ABSTRACT

We investigate the optical response of a hybrid electro-optomechanical system interacting with a qubit. In our experimentally feasible system, tunable all-optical-switching, double-optomechanically induced transparency (OMIT) and optomechanically induced absorption (OMIA) can be realized. The proposed system is also shown to generate anomalous dispersion. Based on our theoretical results, we provide a tunable switch between OMIT and OMIA of the probe field by manipulating the relevant system parameters. Also, the normal-mode-splitting (NMS) effect induced by the interactions between the subsystems are discussed in detail and the effects of varying the interactions on the NMS are clarified. These rich optical properties of the probe field may provide a promising platform for controllable all-optical-switch and various other quantum photonic devices.

研究の動機と目的

• ハイブリッド電気光機械的系に結合されたキュービットの光学的応答を調査すること。
• 解決済みサイドバンド領域におけるチューナブルな全光スイッチング挙動を調査すること。
• 二重-OMITと異常分散の共存を実証すること。
• モード結合に起因する通常モード分裂（NMS）効果を分析すること。
• 結合定数や減衰率などのパラメータ調整により、光機械的誘起透過（OMIT）と吸収（OMIA）の間での制御可能なスイッチングを実現すること。

提案手法

• システムは、マイクロ波キャビティおよび光キャビティに結合された機械的共振子から構成され、キュービットはJaynes-Cummingsハミルトニアンによって相互作用する。
• オープン量子系のダイナミクスを記述するために、マスター方程式アプローチを用いた理論的モデル化が行われた。
• プローブレーザーのデチューニングおよびシステムパラメータに対する透過スペクトルが計算された。
• 強い結合下でのエネルギー準位分裂を検討することで、通常モード分裂（NMS）が分析された。
• 透過スペクトルから群速度および分散特性が導出され、異常分散の特定に用いられた。
• 結合定数およびキャビティ減衰率のパラメータスイープを用いて、OMITとOMIAの間のスイッチングが実証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キュービットを有するハイブリッド電気光機械的系は、チューナブルな全光スイッチング挙動を示すことができるか？
• RQ2 この系は、どのような条件下で二重光機械的誘起透過（OMIT）および光機械的誘起吸収（OMIA）を示すか？
• RQ3 光学モード、機械モード、キュービットモードの間の結合から、通常モード分裂（NMS）はどのように発生するか？
• RQ4 キャビティ減衰率は、OMITとOMIAの間のスイッチングにおいて果たす役割は何か？
• RQ5 この系で異常分散（負の群速度）を生成できるか、どのようなパラメータ領域で発生するか？

主な発見

• キュービット-キャビティ結合とキャビティ減衰率の調整により、システムはチューナブルな全光スイッチングを示した。
• ほぼ解決済みサイドバンド領域では二重-OMITが観測され、負の群速度を示す異常分散が伴った。
• 解決済みサイドバンド領域では光機械的誘起吸収（OMIA）が実現され、パラメータ調整に伴いOMITからOMIAへの明確な遷移が観察された。
• 光学モード、機械モード、キュービットモード間の強い結合により通常モード分裂（NMS）が観測され、分裂の大きさは相互作用強度に依存した。
• OMITとOMIAの間の遷移は、結合定数や減衰率といったシステムパラメータの調整により、実験的に実現可能かつ制御可能であることが示された。
• 本システムは、光速の遅延伝播および量子状態変換を可能とし、量子メモリおよび光デバイスへの応用に適している。