[論文レビュー] Performing a Quantum Non-Demolition Measurement of the Energy of a Nano-Mechanical Resonator Without a Non-Demolition Probe

Kurt Jacobs, Pavel Lougovski+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2006

Mechanical and Optical Resonators被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、コープパー対ボックスと超伝導トランスミッションライン共振器を用いて、ナノメカニカル共振器のエネルギーを連続的に測定する手法を提案している。この手法により、専用のQNDプローブを必要とせず、線形結合を通じて共振器をそのエネルギー固有状態に投影でき、量子的挙動が明らかになる。

ABSTRACT

We show that it is possible to perform a continuous measurement that continually projects a nano-resonator into its energy eigenstates by employing a linear coupling with a two-state system. This technique makes it possible to perform a measurement that exposes the quantum nature of the resonator by coupling it to a Cooper-pair Box and a superconducting transmission-line resonator.

研究の動機と目的

• ナノメカニカル共振器をエネルギー固有状態に連続的に投影する測定プロトコルの開発。
• 線形結合のみを用いて、共振器のエネルギーに対する量子非破壊（QND）測定の実現。
• 別個のQNDプローブを必要としないことで、共振器の量子的性質を露呈すること。
• コープパー対ボックスと超伝導トランスミッションライン共振器を測定プラットフォームとして用いた測定の実装。

提案手法

• ナノメカニカル共振器は、分散的相互作用を通じて二準位系（コープパー対ボックス）に線形に結合されている。
• 超伝導トランスミッションライン共振器が、共振器と二準位系の間の結合を媒介している。
• システムは、測定結果が連続的に共振器のエネルギー固有状態を追跡するように駆動されている。
• 測定プロセスは連続的であり、二準位系との相互作用を通じて、共振器がエネルギー固有状態に投影される。
• 線形結合により、測定対象の物理量（エネルギー）が繰り返し測定に対しても保存され、QND測定が可能になる。
• 追加のプローブ場を必要とせず、二準位系への内在的結合に依存している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部プローブ場を必要とせず、ナノメカニカル共振器のエネルギーに対する連続的量子非破壊測定が可能か？
• RQ2 二準位系への線形結合は、どのようにエネルギー固有状態への投影を可能にするか？
• RQ3 コープパー対ボックスはQND測定を媒介するために果たす役割は何か？
• RQ4 この結合スキームを通じて、共振器の量子的性質を露わにできるか？
• RQ5 共振器、二準位系、トランスミッションライン共振器のみを用いてQND測定を達成できるか？

主な発見

• 本システムは、二準位系への線形結合を通じて、ナノメカニカル共振器をエネルギー固有状態に連続的に投影可能である。
• 測定は本質的に量子非破壊的であり、プロセス全体を通じてエネルギー固有状態が保存される。
• コープパー対ボックスおよびトランスミッションライン共振器への結合を通じて、共振器の量子的挙動が明らかにされる。
• 別個のプローブ場を必要としないため、実験的セットアップが簡素化される。
• 線形結合メカニズムにより、測定対象の物理量のコherenが維持され、QND測定が効果的に媒介される。
• 本プロトコルは、超伝導回路を用いてマクロな力学系における量子効果を観測する実現可能な道筋を示している。