Control basado en mediciones de un oscilador mecánico a su tasa de decoherencia térmica

Área de la Ciencia:

• La física cuántica
• Optomecánica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Los protocolos de retroalimentación cuántica en tiempo real estabilizan los estados cuánticos utilizando registros de medición continuos.
• Existen aplicaciones exitosas en microsistemas como los fotones de microondas y los qubits superconductores.
• Estabilizar objetos masivos, como los osciladores mecánicos, es un desafío debido a la decoherencia ambiental.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un sensor de posición capaz de resolver el movimiento del punto cero de un oscilador nanomecánico.
• Para permitir el control de retroalimentación cuántica en tiempo real para tareas como la preparación del estado fundamental.
• Para superar las limitaciones impuestas por la decoherencia ambiental en sistemas cuánticos masivos.

Principales métodos:

• Acoplamiento optomecánico evanescente a una microcavidad de alta Q.
• Desarrollo de un sensor de posición de alta precisión y de baja imprecisión.
• Utilizando el sensor como una señal de error para el enfriamiento de retroalimentación con la presión de radiación.

Principales resultados:

• El sensor resuelve el movimiento de punto cero de un oscilador nanomecánico de 4,3 MHz dentro de su escala de tiempo de decoherencia térmica.
• Logrado imprecisión cuatro órdenes de magnitud por debajo del límite cuántico estándar, una mejora de 100 veces.
• Se enfrió el oscilador de 4,4 K a 1,1 ± 0,1 mK, logrando una probabilidad de estado de base del 16%.

Conclusiones:

• El sensor desarrollado establece un nuevo punto de referencia para la detección de posición lineal.
• Demuestra la viabilidad del control de retroalimentación cuántica para los osciladores nanomecánicos.
• Señala el surgimiento de osciladores mecánicos como sistemas prácticos para el control cuántico.