[論文レビュー] Squeezing of a nanomechanical oscillator

Sumei Huang, G. S. Agarwal|ArXiv.org|May 26, 2009

Force Microscopy Techniques and Applications参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、解像されたサイドバンド領域におけるファブリペロー共振器に、広帯域のスクリーチド真空光とレーザー光を注入することで、ナノメカニカルオシレーターにおける大規模な運動量スクリーチングを生成する手法を提案する。量子オプトメカニクスを用いて、スクリーチングパラメータ r ≈ 1 の条件下で、70%を超える運動量スクリーチングが達成可能であり、1 mK の環境温度下では、熱雑音に対して運動量ゆらぎが100倍以上低減されることを示している。

ABSTRACT

We show that squeezing of a nanomechanical mirror can be generated by injecting broad band squeezed vacuum light and laser light into the cavity. We work in the resolved sideband regime. We find that in order to obtain the maximum momentum squeezing of the movable mirror, the squeezing parameter of the input light should be about 1. We can obtain more than 70% squeezing. Besides, for a fixed squeezing parameter, decreasing the temperature of the environment or increasing the laser power increases the momentum squeezing. We find very large squeezing with respect to thermal fluctuations, for instance at 1 mK, the momentum fluctuations go down by a factor more than one hundred.

研究の動機と目的

• 外部からのスクリーチド光とレーザー駆動を用いて、ナノメカニカルミラーにおける大規模な運動量スクリーチングを実現する実用的手法を示すこと。
• 環境温度、レーザー出力、入力スクリーチングパラメータが運動量スクリーチング度に与える影響を調査すること。
• キャビティ内における放射圧結合が、特に低温条件下で、標準量子限界を下回る運動量ゆらぎを顕著に低減できることを示すこと。
• 量子センシングや情報処理に応用可能な、巨視的機械系における非古典的状態を生成するスケーラブルな手法を提供すること。

提案手法

• ナノメカニカルミラーを、放射圧結合によって駆動された光学キャビティに結合された量子調和振動子としてモデル化し、解像されたサイドバンド領域で解析する。
• キャビティ場のエネルギー、ミラーの運動エネルギーとポテンシャルエネルギー、比例定数 g に比例するオプトメカニカル結合項、および複素振幅 ε を通じたレーザー入射を含むハミルトニアンを用いる。
• ミラーの位置 Q と運動量 P、キャビティ場演算子 c に対して、スクリーチド真空とレーザーからの入力雑音を含む量子ランジュバン方程式を導出する。
• 線形化されたダイナミクスと入出力理論を用いて、定常状態の平均値とゆらぎを計算し、特に運動量分散 ⟨δP̃²⟩ に注目する。
• 周波数 ωS におけるスクリーチド真空入射を、入力場 cin における非古典的雑音項としてモデル化し、スクリーチングパラメータ r を導入する。
• ⟨δP̃²⟩ の数値シミュレーションを通じて、デチューニング Δ₀、温度 T、レーザー出力 ℘、スクリーチングパラメータ r が運動量スクリーチングに与える依存関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キャビティにレーザー光と広帯域のスクリーチド真空光を注入することで、ナノメカニカルミラーの運動量スクリーチングを生成できるか？
• RQ2 ミラーの運動量スクリーチングを最大化するために最適な入力光のスクリーチングパラメータ r は何か？
• RQ3 環境温度が達成可能な運動量スクリーチングにどのように影響を与えるか？
• RQ4 レーザー出力を増加させることで、高熱雑音下でも測定可能なスクリーチングを達成できるか？
• RQ5 放射圧結合は、結合なしの場合と比較して、運動量ゆらぎをどのように低減するか？

主な発見

• スクリーチングパラメータ r ≈ 1 の条件下で、ナノメカニカルミラーの運動量スクリーチングは最大で約75%に達し、絶対零度で最小運動量分散が 0.252 に低下することが確認された。
• 1 mK の環境温度下では、ミラーの運動量ゆらぎが熱雑音に対して100倍以上低減され、熱雑音背景に対して極めて顕著なスクリーチングが実現された。
• 環境温度を 10 mK から 0 K に低下させることで、最小運動量分散は 3.919 から 0.252 に減少し、低温がスクリーチングを強化することを確認した。
• レーザー出力を 0.6 mW から 6.9 mW に増加させることで、10 mK における最小運動量分散は 3.919 から 0.731 に低下し、高出力が熱雑音を克服しスクリーチングを可能にすることが示された。
• 放射圧結合が存在する場合、高温度下であっても結合なしの場合と比較して、運動量分散が著しく低くなることが確認された。
• 最大運動量スクリーチングは、キャビティが、放射圧結合がミラーの有効減衰および雑音スペクトルを最適に変更するようにデチューニングされた状態で達成される。