Mikrohulrum som sensorplatform

Sensorer er en søjle i tingenes internet, der leverer data til at kontrollere alle mulige objekter. Her er præcision afgørende, og det er her, kvanteteknologier kan gøre en forskel. Forskere i Innsbruck og Zürich demonstrerer nu, hvordan nanopartikler i bittesmå optiske resonatorer kan overføres til et kvanteregime og bruges som højpræcisionssensorer.

Fremskridt inden for kvantefysik giver nye muligheder for markant at forbedre præcisionen af ​​sensorer og dermed muliggøre nye teknologier. Et team ledet af Oriol Romero-Isart fra Institute of Quantum Optics and Quantum Information ved det østrigske videnskabsakademi og Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Innsbruck og et team ledet af Romain Quidant fra ETH Zürich foreslår nu et nyt koncept til en kvantesensor med høj præcision. Forskerne foreslår, at bevægelsesudsvingene af en nanopartikel fanget i en mikroskopisk optisk resonator kan reduceres betydeligt under nulpunktsbevægelsen ved at udnytte systemets hurtige ustabile dynamik.

Partikel fanget mellem spejle

Mekanisk kvanteklemning reducerer usikkerheden ved bevægelsesudsving under nulpunktsbevægelsen, og det er tidligere blevet eksperimentelt demonstreret med mikromekaniske resonatorer i kvanteregimet. Forskerne foreslår nu en ny tilgang, specielt skræddersyet til leviterede mekaniske systemer. "Vi demonstrerer, at et korrekt designet optisk hulrum kan bruges til hurtigt og kraftigt at presse bevægelsen af ​​en leviteret nanopartikel," siger Katja Kustura fra Oriol Romero-Isarts team i Innsbruck. I en optisk resonator reflekteres lys mellem spejle, og det interagerer med den leviterede nanopartikel. En sådan interaktion kan give anledning til dynamiske ustabiliteter, som ofte anses for uønskede. Forskerne viser nu, hvordan de i stedet kan bruges som en ressource. "I dette arbejde viser vi, hvordan den resulterende ustabile dynamik af en mekanisk oscillator inde i et optisk hulrum ved korrekt styring af disse ustabiliteter fører til mekanisk klemning," siger Kustura. Den nye protokol er robust i tilstedeværelsen af ​​dissipation, hvilket gør den særlig mulig i leviteret optomekanik. I papiret, offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters , anvender forskerne denne tilgang til en silicananopartikel koblet til et mikrohulrum via sammenhængende spredning. "Dette eksempel viser, at vi kan klemme partiklen i størrelsesordener under nulpunktsbevægelsen, selvom vi starter fra en indledende termisk tilstand," er Oriol Romero-Isart glad for at sige.

Værket giver en ny anvendelse af optiske hulrum som mekaniske kvantepressere, og det foreslår en levedygtig ny rute inden for leviteret optomekanik ud over kvantegrundtilstandskølingen. Mikroresonatorer tilbyder således en interessant ny platform til design af kvantesensorer, som for eksempel kunne bruges i satellitmissioner, selvkørende biler og i seismologi. + Udforsk yderligere

Kvantepartikler:Træk og komprimeret