[论文解读] Postselected optomechanical superpositions

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

Mechanical and Optical Resonators被引用 1

一句话总结

本文提出一种基于后选择的方案，利用单光子在光机械系统中制备宏观量子叠加态。通过在弱耦合 regime 下运行并避免强光学非线性，该方案实现了与光学退相干时间无关的退相干时间尺度观测，为在当前器件参数下测试新型退相干机制提供了可行路径。

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.

研究动机与目标

• 为克服在光机械系统中生成和测量宏观量子叠加态所面临的挑战。
• 消除以往方案中通常所需的强光学非线性或高功率激光的需求。
• 实现在不受系统光学退相干时间限制的时间尺度上观测退相干动力学。
• 仅需对当前可实现的器件参数进行微小改进，即可使该方案具备可行性。
• 为探测宏观量子系统中的新型退相干机制打开新途径。

提出的方法

• 利用单光子后选择，在光机械系统中条件性地制备宏观叠加态。
• 在弱耦合 regime 下运行，避免对强光学非线性的需求。
• 利用光学测量结果对机械振子的特定量子态进行后选择。
• 利用量子测量反作用实现宏观叠加态的制备与稳定。
• 设计该方案，使其退相干动力学可独立于光学退相干时间进行观测。
• 利用标准光机械装置，仅通过适度提升器件参数即可实现目标。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不依赖强光学非线性的情况下，在光机械系统中生成宏观量子叠加态？
• RQ2 是否可以通过后选择技术，在超过光学退相干时间的时间尺度上观测到退相干动力学？
• RQ3 如何利用当前光机械器件的参数实现宏观叠加态？
• RQ4 借助这种基于后选择的方法，可能观测到哪些新型退相干机制？
• RQ5 单光子测量能否有效实现宏观叠加态的条件性制备与探测？

主要发现

• 所提出的方案仅通过单光子后选择即可在光机械系统中实现宏观量子叠加态的制备。
• 该方法在弱耦合 regime 下有效运行，无需强光学非线性。
• 由于后选择机制的存在，退相干可在不受系统光学退相干时间限制的时间尺度上进行研究。
• 该方案仅需对当前可实现的器件参数进行微小改进即可实现。
• 该方法为观测和研究宏观量子系统中此前难以触及的退相干机制开辟了新途径。
• 后选择态制备方法增强了对光机械平台中量子叠加态的控制与观测能力。