[논문 리뷰] Optical response properties of hybrid electro-opto-mechanical system interacting with a qubit

Tarun Kumar, Surabhi Yadav외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 31.

Mechanical and Optical Resonators참고 문헌 89인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 큐비트에 결합된 하이브리드 전기광기계 시스템을 제안하며, 해결된 사이드밴드 영역에서 가변적인 모든 광학적 스위칭, 이중광기계유도 투명도(OMIT), 및 광기계유도 흡수(OMIA)를 실험적으로 구현한다. 커플링 강도 및 캐비티 감쇠율과 같은 시스템 매개변수를 조작함으로써 저자들은 OMIT과 OMIA 간의 제어 가능한 스위칭을 달성하며, 이례적인 군속도 및 정상모드 분리(NMS)를 동시에 관찰한다. 이는 양자 광학 장치 및 모든 광학적 스위칭 응용 분야에 기여한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 하이브리드 전기광기계 시스템의 광학적 반응을 조사한다.
• 해결된 사이드밴드 영역에서의 가변적 모든 광학적 스위칭 행동을 탐구한다.
• 이중-OMIT과 이례적 군속도의 공존을 입증한다.
• 모드 결합으로 인한 정상모드 분리(NMS) 효과를 분석한다.
• 커플링 강도 및 감쇠율과 같은 매개변수 조절을 통해 광기계유도 투명도(OMIT)와 흡수(OMIA) 간의 제어 가능한 스위칭을 가능하게 한다.

제안 방법

• 시스템은 기계 진동자, 마이크로파 캐비티, 광 캐비티로 구성되며, 큐비트는 Jaynes-Cummings 해밀토니안을 통해 상호작용한다.
• 개방 양자 시스템 역학을 기술하기 위해 마스터 방정식 접근법을 사용한 이론적 모델링을 수행한다.
• 조사 레이저의 데티uning 및 시스템 매개변수에 따라 광학 투과 스펙트럼을 계산한다.
• 강한 결합 조건 하에서 에너지 준위 분리를 분석함으로써 정상모드 분리(NMS)를 분석한다.
• 투과 스펙트럼에서 유도된 군속도 및 군속도 특성 분석을 통해 이례적 군속도를 식별한다.
• 커플링 강도 및 캐비티 감쇠율에 대한 매개변수 스윕을 통해 OMIT과 OMIA 간의 스위칭을 시연한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큐비트가 포함된 하이브리드 전기광기계 시스템에서 가변적 모든 광학적 스위칭 행동을 나타낼 수 있는가?
• RQ2 이 시스템이 이중광기계유도 투명도(OMIT)와 광기계유도 흡수(OMIA)를 나타내는 조건은 무엇인가?
• RQ3 광학, 기계, 큐비트 모드 간의 결합으로 인해 정상모드 분리(NMS)가 어떻게 발생하는가?
• RQ4 캐비티 감쇠율은 OMIT과 OMIA 간 스위칭에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 이 시스템에서 이례적 군속도(음성 군속도)가 생성될 수 있으며, 어떤 매개변수 영역에서 발생하는가?

주요 결과

• 큐비트-캐비티 커플링 및 캐비티 감쇠율 조절을 통해 시스템은 가변적 모든 광학적 스위칭을 나타낸다.
• 거의 해결된 사이드밴드 영역에서 이중-OMIT이 관측되며, 음성 군속도를 가지는 이례적 군속도가 수반된다.
• 해결된 사이드밴드 영역에서 광기계유도 흡수(OMIA)가 실현되었으며, 매개변수 조절에 따라 OMIT에서 OMIA로의 명확한 전이가 관측된다.
• 광학, 기계, 큐비트 모드 간의 강한 결합으로 인해 정상모드 분리(NMS)가 관측되었으며, 분리 크기는 상호작용 강도에 따라 달라진다.
• OMIT과 OMIA 간의 전환은 실험적으로 가능하며, 커플링 강도 및 감쇠율과 같은 시스템 매개변수 조절을 통해 제어 가능하다.
• 이 시스템은 느린 빛 전파 및 양자 상태 변환을 지원하여, 양자 메모리 및 광학 장치에 적합하다.