谐振腔中的纳米粒子可以用作量子传感器

       简介:传感器是物联网的支柱，为控制各种设备提供数据基础。传感器的精确度是至关重要的，而这正是量子技术优势所在。研究人员现在正在实验如何将微小光学谐振器中的纳米粒子转换到量子体系中，并用作高精度传感器。

       量子物理学的进步为显著提高传感器的精度提供了新的机会，从而使新技术成为可能。奥地利科学院量子光学和量子信息学院的Oriol Romero-Isart领导的研究小组和Innsbruck大学理论物理学院Romain Quidant of ETH Zurich领导的团队提出一个超高精度量子传感器的概念。研究人员认为，通过利用系统的快速不稳定动态，在显微镜光学谐振器中的纳米粒子的运动波动可以显著降低到零点运动以下。

       被反射镜捕获的粒子 

       机械量子压缩降低了零点运动以下运动波动的不确定性，这在过去的实验中已经用量子系统中的微机械谐振器证明了。 研究人员现在提出了一种新颖的方法，特别适用于悬浮机械系统。 “我们证明了一个合理设计的光学腔可以用来快速和强烈地压缩悬浮的纳米粒子的运动，”在Innsbruck的Oriol Romero-Isart团队的Katja Kustura说。 在光学谐振器中，光在镜子之间反射，并与悬浮的纳米粒子相互作用。 这种相互作用会引起动力不稳定性，这通常被认为是不可取的。

       研究人员现在展示了如何将它们作为一种可利用的性质来使用。“在目前的工作中，我们展示了如何通过适当控制这些不稳定性，使光学腔内的机械振荡器的不稳定动力导致机械限制，”Kustura说。新设计在损耗的存在下是鲁棒的，因此在悬浮光学力学中的应用是可行的。相关研究发表在《Physical Review Letters》上，研究人员将这种方法应用于通过相干散射耦合到微腔中的二氧化硅纳米颗粒。Oriol Romero-Isart高兴地说:“这个例子表明，即使从初始热状态开始，我们也可以将粒子压缩到零点运动以下的数量级。”

       这项工作提供了光学腔作为机械量子挤压器的新用途，并为用于量子基态冷却的悬浮光力学提供了一条可行的新途径。因此，微谐振器为量子传感器的设计提供了一个有趣的新方向，可用于卫星任务、自动驾驶汽车和地震监测等领域。

[1] Katja Kustura, Carlos Gonzalez-Ballestero, Andrés de los Ríos Sommer, Nadine Meyer, Romain Quidant, Oriol Romero-Isart. Mechanical Squeezing via Unstable Dynamics in a Microcavity. Physical Review Letters, 2022; 128 (14) DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.143601

来源：Materials provided by University of Innsbruck. Note: Content may be edited for style and length.