Detailansicht

Pulsed quantum optomechanics

Joachim Hofer

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Physik

Betreuer*in

Markus Aspelmeyer

Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen

DOI

10.25365/thesis.37498

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30205.82688.501969-8

Link zu u:search

(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Quanten-Optomechanik erlaubt es, quantenmechanische Eigenschaften von makroskopischen Objekten zu untersuchen und etabliert experimentelle Quantenmechanik in einem neuen Regime (sowohl bzgl. Masse als auch Groesse). Dies ermoeglicht experimentelle Tests von Dekohaerenz-Theorien und in naher Zukunft moeglicherweise sogar von Theorien zur Quantengravitation. Anfangs wurde hauptsaechlich die Wechselwirkung zwischen kontinuierlichen optischen Feldern und einem mechanischen Resonator untersucht, in den letzten Jahren wurden aber auch viele alternative Ansaetze in Erwaegung gezogen. Vor allem die Verwendung kurzer optischer Pulse statt eines kontinuierlichen Feldes muss hier erwaehnt werden, da bei diesem Ansatz die mechanische Position waehrend der Wechselwirkung nicht veraendert wird, was eine zerstoerungsfreie Quantenmessung (quantum-non-demolition measurement) der mechanischen Position ermoeglicht. In Verlauf dieser Masterarbeit errichteten wir ein Setup, welches als Nachweis der Machbarkeit einer solchen gepulsten Messung dienen soll. Wir zeigen die Vorbereitung mechanischer Zustaende mit einer reduzierten Orts-Unsicherheit von 19pm (ausgehend von 1.2nm im thermischen Anfangszustand), welche lediglich durch das Schrotrauschen der verwendeten optischen Pulse limitiert ist. Weiters implementieren wir einen tomograhischen Algorithmus, welcher die Rekonstruktion der Wignerfunktion des mechanischen Zustands ermoeglicht. Zukuenftige Verbesserungen an unserem Setup werden die Vorbereitung quantenmechanischer Zustaende bei Raumtemperatur ermoeglichen. Zusaetzlich erlaubt uns unsere tomographische Messmethode die Rekonstruktion quantenmechanischer Zustaende, selbst wenn die urspruengliche Wahrscheinlichkeitsverteilung Merkmale auf einer Laengenskala gegeben durch den Grundzustand enthaelt.

Abstract

(Englisch)

Quantum optomechanics is one of the most promising approaches to study the quantum behaviour of macroscopic objects and do experimental quantum mechanics in a new regime (of large mass as well as large size). This allows us to experimentally probe quantum decoherence theories and might even provide a route to experimental tests of theories of quantum gravity. While most of the early attention in this field has gone to the interaction of a continuous field (in a cavity) with a mechanical resonator, recently other configurations have been considered as well. In particular, the use of short optical pulses shows great promise to overcome the limits inherent to the continuous scheme by avoiding any back-action on the position of the mirror and to thereby perform a quantum-non-demolition measurement of the mechanical position. In this thesis we construct a proof-of-concept setup using short optical pulses to perform a quantum-non-demolition measurement of the position of a mechanical resonator. We demonstrate the preparation of squashed thermal states with a position uncertainty of down to 19pm (reduced from an initial uncertainty of 1.2nm) limited only by the optical quantum noise of the pulses. We furthermore perform a full tomography of these mechanical states and reconstruct the Wigner function. Future enhancements to our setup will allow for the preparation of mechanical quantum states even at room temperature. Also, as our tomographic scheme is not subjected to the standard quantum limit, it is possible to perform tomography on mechanical quantum states containing features smaller than the ground state.

Autor*innen

Joachim Hofer

Haupttitel (Englisch)

Pulsed quantum optomechanics

Paralleltitel (Deutsch)

Gepulste Quanten-Optomechanik

Paralleltitel (Englisch)

Pulsed Quantum Optomechanics

Publikationsjahr

2015

Umfangsangabe

62 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Markus Aspelmeyer

Klassifikationen

33 Physik > 33.23 Quantenphysik ,

33 Physik > 33.38 Quantenoptik, nichtlineare Optik

AC Nummer

AC12390519

Utheses ID

33234

Studienkennzahl

UA | 066 | 876 | |

Detailansicht

Abstracts

Schlagwörter