Pressede tilstande af lys kan forbedre feedbackkøling betydeligt

Hvordan formår stramtrokeren at bevare sin balance og undgå det fatale fald fra himlen? Hun registrerer omhyggeligt hendes krops bevægelse og rebets vibrationer og kompenserer følgelig for enhver afvigelse fra ligevægt ved at flytte sit tyngdepunkt. I et termisk spændingssystem, amplituden af ​​de mekaniske vibrationer er direkte forbundet med systemets temperatur. Dermed, ved at eliminere vibrationer afkøles systemet til en lavere effektiv temperatur.

I de seneste forsøg på DTU Fysik, forskere har anvendt en kvanteforstærket feedback-teknik til at dæmpe bevægelsen af ​​en mekanisk oscillator i mikronstørrelse, hvorved temperaturen afkøles med mere end 140 grader under stuetemperatur. Mest vigtigt, dette arbejde demonstrerer en ny anvendelse af presset lys, der muliggør en forbedret følsomhed over for den mekaniske bevægelse og derved en mere effektiv udtrækning af information om, hvordan dæmpningsfeedbacken skal skræddersyes.

I forsøget, den mekaniske bevægelse af en mikrotoroidal resonator blev kontinuerligt registreret ved hjælp af laserlys, der cirkulerede inde i resonatoren. Ved hjælp af disse oplysninger blev en elektrisk feedbackkraft, der altid var ude af fase med den øjeblikkelige bevægelse, skræddersyet og anvendt - det vil sige, når bevægelsen blev rettet opad, ville feedbackkraften modvirke dette ved at skubbe toroid nedad og omvendt. Brug af almindeligt - klassisk - laserlys, denne teknik er i sidste ende begrænset af sondlaserens iboende kvantestøj, og det sætter den klassiske grænse for, hvor effektiv feedbackkøling kan være.

Som nu demonstreret af DTU -forskere, denne grænse kan overskrides ved hjælp af kvante-manipuleret presset lys. I forsøget, en forbedring på mere end 12% i forhold til den klassiske begrænsningstemperatur blev opnået. Denne forbedring blev begrænset af ineffektivitet i det specifikke system, hvilket resulterede i tab af information om den mekaniske bevægelse. Det fulde potentiale i den demonstrerede teknik kan udfoldes ved anvendelse på state-of-the-art optomekaniske systemer, holder løfter om at nå den bevægelige kvantejordtilstand for en mekanisk oscillator i rumtemperaturforsøg. Opnåelse af dette ville bane vejen for et væld af nye optomekaniske undersøgelser af grundlæggende kvantefysik og udgøre et afgørende skridt i retning af udvikling af nye kvanteteknologier til sansning og informationsbehandling baseret på mikromekaniske oscillatorer.