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www88827com:测量超出量子极限的机械运动的技术

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科罗拉多大学的研究人员最近开发了一种新技术,该技术可以同时使用机电放大和冷却过程来测量机械运动。他们的方法发表在《物理评论快报》上的一篇论文中,该方法使他们能够对机械振荡器的位置进行几乎无噪声的测量,到目前为止,事实证明,使用替代技术来测量运动很难。

进行这项研究的研究人员之一罗伯特·德莱尼(Robert Delaney)对Phys.org表示:“我们的研究是出于两个原因。“首先,我们正在使用这些机械系统在微波域和光域之间有效地转换信号。这两个不同频带之间的信号转换对于联网未来的量子计算机或建立等效的量子互联网非常重要。 ”

世界各地的许多研究小组目前都在尝试开发真正的运动量子态的宏观机械振荡器,以用于实际应用(例如力传感)和更大规模的量子力学测试。在这两种情况下,在量子力学施加的极限下表征和测量机械振荡器的运动将至关重要。

除了能够在微波和光学域之间转换信号外,Delaney及其同事还想找到一种方法来测量超出量子极限的运动。为了实现这一目标,他们修改了一种称为“回避行为测量”的技术。背向躲避测量已被视为多年来对运动进行单??正交测量的最有前途的技术之一,但到目前为止,其效果并不理想。

进行这项研究的研究人员之一罗伯特·德莱尼(Robert Delaney)表示:“通过机械振荡器与微波(或光学)腔的相互作用,从原理上讲,回避回避测量可以实现机械振荡器位置的无噪声测量。 Phys.org。“在实践中,这很难实现,因为微波(或光学)场与机械振荡器之间的其他相互作用会导致机械运动不稳定,从而阻止了连续测量。”

为了克服与机械运动中的这些不稳定性相关的问题,研究人员修改了常规的后退躲避方案,以有意地诱发机械振荡器中的不稳定性。最终,它们可以收集振荡器运动的脉冲测量值。

Delaney解释说:“通过将两个微波频率泵施加到微波谐振器上,它们被机械振荡器的谐振频率所失谐,我们可以增强机械振荡器与微波场的相互作用。” “一个微波音调是红色失谐的,或者低于微波谐振腔的谐振频率,而另一个音调是蓝色失谐的,或者高于谐振腔的谐振频率。”

Delaney及其同事使用的红色失谐泵通过微波场冷却机械振荡器,其方式类似于激光冷却技术如何冷却原子。另一方面,蓝色失谐泵通过将来自微波场的能量不断添加到振荡器,从而放大了机械振荡器的运动。

蓝色的失谐泵大于红色的泵。当以在线放大的方式组合时,这两个不同的过程会干扰并放大机械振荡器的位置或动量(即,取决于泵的相位),而几乎没有噪声。研究人员用来描述运动的两个正交分量只是机械振荡器的位置和动量的无量纲形式。

“这种技术的主要优点是,它几乎可以无噪声地测量运动的一个正交信号,并且在表征脆弱的量子运动状态时,即使少量添加的噪声也可以掩盖感兴趣的状态,” Delaney说。“要完全表征运动的量子状态,您需要执行量子状态层析成像,而这些状态重构技术的理想测量方法是无噪声的单正交测量。”

机械振荡器用于多个物理子领域,例如,在进行大规模研究量子力学,量子有限力感测和量子信息的研究时。因此,德拉尼和他的同事们开发的这项技术可能对各种物理研究具有重要意义。

“在这项工作中,我们演示了机械振荡器位置的几乎无噪声的测量,这很难通过以前使用的技术来实现,例如,回避作用的测量或外部参数放大,” Delaney说。“我们还证明了瞬变机电放大可用于仔细表征量子压缩状态,这是使用压缩来增强力感测的先决条件。”

将来,这组研究人员提出的测量机械运动的方法可能会为物理学研究开辟新的前景,并为开发新的工具铺平道路,其中包括力传感技术和连接量子计算机的技术。此外,他们的方法对于表征以更奇特的量子态(例如叠加态或猫态)制备的机械振荡器可能是理想的,这是物理领域一个长期追求的目标。

“我们现在专注于使用机电/光机电系统进行微波到光的转换,” Delaney说。“当与其他量子计算组件(如超导量子位)集成在一起时,我们可能会使用此技术来测量该系统中机械振荡器的运动,以验证我们是否生成了量子态。”

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