量子センサとして機能するマイクロキャビティ

May, 25, 2022, Insbruck--インスブルックとチューリッヒの研究者によると､センサは､IoTの大黒柱であり､あらゆる種類の物体を制御するためのデータを提供する｡ここでは､正確さが重要である｡また､量子技術が差をつけるのはここである｡研究チームは､現在､微小な光共振器のナノ粒子が､どのように量子領域に伝えられ､高精度センサとして利用できるかを実証しようとしている｡

量子物理学における進歩が､センサの精度を大幅に改善する新たな機会を提供し､これにより新技術が可能になる｡オーストリア科学アカデミー､インスブルック大学(University of Innsbruck)の理論物理学、量子光学&量子情報研究所のOriol Romero-Isart チームと､ETH-ZurichのRomain Quidant チームは､高精度量子センサの新たなコンセプトを提案している｡チームは､微小光共振器にトラップされたナノ粒子の運動変動がゼロ点運動以下に著しく抑制できると提案している｡これは､システムの高速不安定ダイナミクスを利用することで可能になる｡

ミラー間に捉えられた粒子
量子力学スクイージングは､運動の変動をゼロ点運動以下に下げる､また､それは量子領域でマイクロメカニカル共振器により過去に実験的に実証されている｡チームは､現在､新しいアプローチを提案している｡特に浮揚式機械システムに合わせている｡｢われわれは､適切に設計された光キャビティを使って､浮揚ナノ粒子の運動を迅速かつ強力にスクイーズできることを実証している｣と､Oriol Romero-Isart チームのKatja Kusturaは､説明している｡光共振器では､光はミラー間で反射され､浮揚粒子と相互作用する｡そのような相互作用は､動的不安定性を生み出すが､これは望ましくないと考えられることが多い｡チームは､今回､むしろ､それらをどのようにリソースとして利用できるかを示している｡｢現在の研究では､これらの不安定性を適切に制御することで､光共振器内の機械的共振の不安定な動力学が､結果的にどのように機械的スクイージングになるとかを示している｣(Kustura)｡新しいプロトコルは､散逸の存在下でロバストであり､特に浮揚オプトメカニクスで実現可能になる｡Physical Review Lettersの論文で､研究チームは､このアプローチをコヒレント散乱を介してマイクロキャビティと結合したシリカナノ粒子に適用している｡｢この例は､例え初期の熱状態からでも､われわれが､粒子をゼロ点運動以下に桁違いにスクイーズできることを示している｣(Oriol Romero-Isart)｡

その研究は､光キャビティを量子力学的スクイーザとしての新たな利用を示しており､量子の基底状態冷却を超えて､浮揚オプトメカニクスにおけ実行可能な新たなルートを示唆している｡したがって､マイクロ共振器は､量子センサの設計に興味深い新規プラットフォームを提供する｡例えば､衛星ミッション､自動運転車､地震学で利用できる｡
(詳細は､https://www.uibk.ac.at)