[論文レビュー] Postselected optomechanical superpositions

Brian Pepper, Roohollah Ghobadi+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2011

Mechanical and Optical Resonators被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、単一光子を用いた後選別に基づく手法を提案し、光力学的系において巨視的量子重ね合わせ状態を生成する。弱い結合領域で動作させ、強い光学的非線形性を回避することで、光衰え時間に依存しない時間スケールでのデコherenceの観測が可能となり、現在のデバイスパラメータで実現可能な、新規デコherenceメカニズムの検証への実用的ルートを提供する。

ABSTRACT

Huygens Laboratory, Leiden University, P.O. Box 9504, 2300 RA Leiden, The Netherlands(Dated: November 28, 2011)We present ascheme for achieving macroscopic quantumsuperpositions in optomechanical systemsby using single photon postselection. This method relieves many of the challenges associated withprevious optical schemes for measuring macroscopic superpositions, and only requires the devices tobe in the weak coupling regime. It requires only small improvements on currently achievable deviceparameters, and allows observation of decoherence on a timescale unconstrained by the system’soptical decay time. Prospects for observing novel decoherence mechanisms are also discussed.

研究の動機と目的

• 光力学的系における巨視的量子重ね合わせ状態の生成と測定の課題を克服すること。
• 従来の手法で一般的に必要とされる強い光学的非線形性や高パワーのレーザーを排除すること。
• 系の光学的衰え時間に制限されない時間スケールでのデコherenceダイナミクスの観測を可能にすること。
• 現在達成可能なデバイスパラメータのわずかな向上のみで実現可能な手法とすること。
• 巨視的量子系における新規デコherenceメカニズムの探査への道を開くこと。

提案手法

• 単一光子の後選別を用いて、光力学的系における巨視的重ね合わせ状態を条件付きで準備する。
• 強い光学的非線形性を必要としない弱い結合領域で動作させる。
• 光学的測定結果を用いて、機械的振動子の特定の量子状態を後選別する。
• 量子測定の反作用を活用して、巨視的重ね合わせ状態を生成・安定化する。
• デコherenceダイナミクスが光学的衰え時間とは独立して観測可能となるように、手法を設計する。
• 標準的な光力学的セットアップに、デバイスパラメータのわずかな強化を加えることで、目的を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い光学的非線形性を必要とせずに、光力学的系で巨視的量子重ね合わせ状態を生成できるか？
• RQ2 後選別を用いることで、光学的衰え時間よりも長い時間スケールでのデコherenceダイナミクスを観測できるか？
• RQ3 現在の光力学的デバイスパラメータをどのように活用すれば巨視的重ね合わせ状態を実現できるか？
• RQ4 この後選別に基づくアプローチによって、どのような新規デコherenceメカニズムが観測可能になるか？
• RQ5 単一光子の測定が、巨視的重ね合わせ状態の条件付き準備およびプローブに有効に機能するか？

主な発見

• 提案された手法により、単一光子の後選別のみで、光力学的系における巨視的量子重ね合わせ状態を生成可能である。
• この手法は弱い結合領域で効果的に動作し、強い光学的非線形性の必要性を回避する。
• 後選別メカニズムのおかげで、系の光学的衰え時間に制限されない時間スケールでのデコherenceが研究可能となる。
• 現在達成可能なデバイスパラメータのわずかな向上のみで、この手法が実現可能である。
• このアプローチにより、巨視的量子系における従来は観測が困難であった新規デコherenceメカニズムの観測・研究が可能になる。
• 後選別された状態準備により、光力学的プラットフォームにおける量子重ね合わせ状態の制御と観測が強化される。