《薄膜嵌入式光機械系統中多個薄膜振子的冷卻研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由鄧志姣擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：薄膜嵌入式光機械系統中多個薄膜振子的冷卻研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鄧志姣
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
研究多個機械振子的冷卻問題對於探索並利用多體巨觀系統的量子效應具有重要的理論和現實意義，以薄膜作為機械振子的薄膜嵌入式光機械系統（Membrane-in-the.-Middle Optomechanical Systems,MMOS）為該研究提供了很好的理論和實驗平台。已有對MMOS中多個薄膜振子的冷卻研究存在著多個集體振動模式不能同時被冷卻到基態，以及環境預冷溫度值比較低兩個基本問題。本項目旨在針對這兩個問題展開深入理論研究，探討在較低環境溫度中（100mK量級）多個薄膜振子的多個集體振動模式同時被冷卻到基態的可能性、方法及條件，研究在較高環境溫度中實現多個薄膜振子冷卻的可行性方法，並分析臨界環境溫度隨實驗參數的變化關係。本項目的研究不但有助於研究巨觀尺度下量子力學的一些基本問題，而且有助於進一步促進機械振子在量子信息技術、精密測量技術中的套用。
結題摘要
光機械系統因其在量子理論基礎問題以及精密測量、量子信息技術中的套用前景成為目前的研究熱點。光機械系統在本質上研究輻射場（光子）與機械振動（聲子）的非線性耦合機制，光子、聲子之間的相互影響、相互控制、相互轉化以及潛在套用。本項目旨在研究多個薄膜振子的同時冷卻以及在高溫環境下的冷卻機制。首先，我們詳細研究了單個薄膜振子在高溫環境下的冷卻機制和冷卻效果。計算表明根據現有薄膜振子的實驗參數，可以通過增加振子有效頻率的方法將頻率為兆赫茲的振子在77K的高溫環境中冷卻至接近基態。接著，為研究腔內多個薄膜與光學模的耦合情況，我們具體數值計算了多個薄膜與光學模式的耦合隨其在腔中排列位置的變化。在此基礎上我們探討了腔內兩個相互耦合的薄膜振子的同時冷卻，以及冷卻之後兩個振子的糾纏、聲子數隨耦合強度與冷卻光功率的變化情況。光學模式與振動模式的相互耦合可能會導致量子糾纏。最後，我們系統研究了一個高效產生糾纏光子對的多模光機械系統。通過這個工作的研究，我們不僅進一步加深了對光機械系統基本物理機制的理解，同時還得到以下重要的研究結論：（1）腔外光學模式的糾纏與腔內光學模式的糾纏有著本質的區別，它們的最大糾纏出現在不同的參數區域；（2）腔外光學模式是一個連續模式，為了合理地刻畫腔外光學模式的糾纏，我們首次提出了糾纏速率的定義。糾纏速率給出了單位時間內從穩態連續變數糾纏源獲取的糾纏大小。依賴於具體的套用，糾纏速率可能會是一個重要的參數指標。此外，我們還在固態系統的量子態操控方面做了一系列的工作，包括基於超導傳輸線腔和超導比特的量子模擬、量子計算、量子態傳輸等等。
