Nonclassical motional states of optically levitated nanoparticles
Project goals
The goals of this project will be twofold. The first target is to prepare nonclassical mechanical states in the Gaussian regime. This regime is highly relevant for current optomechanical experiments as it relies on linear interactions, particles trapped in harmonic potentials, and homodyne measurements. Preparation of single-mode mechanical squeezing is within reach of the experimental setup at UNIVIE with possible extensions to two or all three mechanical modes of one particle, allowing full quantum control over the particle motion in the Gaussian regime. When photocounting is used instead of homodyne detection, the system leaves the Gaussian regime. We will use photon counting to analyse and demonstrate schemes for preparation of single-phonon states of levitated particles. This strategy follows recent collaboration of UNIVIE with the Gröblacher group at TU Delft, in which single-phonon states in optomechanical crystals have been created conditioned based on the detection of a Stokes photon. Finally, we will investigate levitated optomechanics in nonlinear potentials. In a first step, we will consider linearization of quantum dynamics around an equilibrium in such potentials with the aim of generating mechanical squeezing in the Gaussian regime. Afterwards, we will develop tools necessary to efficiently describe full quantum dynamics of levitated particles in nonlinear potentials. We will propose new schemes for generating and verifying mechanical nonlinear squeezing and make the first steps towards its experimental realisation.
Keywords
quantum opticsoptomechanicsoptical tweezersoptical levitation
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
Promoting the mobility of researchers and workers in the framework of international cooperation in R&D
Call for proposals
—
Main participants
Univerzita Palackého v Olomouci / Přírodovědecká fakulta
Contest type
M2 - International cooperation
Contract ID
5501/2021-7
Alternative language
Project name in Czech
Neklasické stavy pohybu opticky levitujících nanočástic
Annotation in Czech
Cíle tohoto projektu budou dvojí. Prvním cílem je připravit neklasické mechanické stavy v gaussovském režimu. Tento režim je vysoce relevantní pro současné optomechanické experimenty, protože využívá lineární interakce, částice zachycené v harmonických potenciálech a homodynní detekci. Příprava jednomódového mechanického stlačení je v dosahu experimentů na UNIVIE s možnými rozšířeními na dva nebo všechny tři mechanické módy jedné částice, což umožňuje plnou kvantovou kontrolu nad pohybem částic v gaussovském režimu. Použije-li se místo homodynní detekce čítání fotonů, systém opustí gaussovský režim. Čítání fotonů použijeme k analýze a demonstraci schémat pro přípravu jednofononových stavů levitujících částic. Tato strategie navazuje na nedávnou spolupráci UNIVIE se skupinou prof. Gröblachera na TU Delft, ve které byly jednofononové stavy připraveny v optomechanických krystalech podmíníněně na detekci Stokesova fotonu. Závěrem budeme studovat optomechaniku levitujících nanočástic v nelineárních potenciálech. V první řadě se budeme zabývat linearizací kvantové dynamiky kolem rovnovážné polohy v těchto potenciálech s cílem připravit v gaussovském režimu mechanické stlačení. Poté vyvineme nástroje potřebné k efektivnímu popisu kvantové dynamiky levitovaných částic v nelineárních potenciálech. Navrhneme nová schémata pro generování a ověřování mechanického nelineárního stlačení a učiníme první kroky k jejich experimentální realizaci.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
The project was implemented within the framework of the MOBILITY Activity, whose main objective is to establish and deepen contacts with foreign research institutions. Therefore, the partial outputs of the project are not checked by the evaluation committee, but the correctness of the use of the allocated funds and the adequacy of their use are checked.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2021
Realization period - end
Dec 31, 2022
Project status
U - Finished project
Latest support payment
May 3, 2022
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP23-MSM-8J-U
Data delivery date
Jun 30, 2023
Finance
Total approved costs
194 thou. CZK
Public financial support
194 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
194 CZK thou.
Public support
194 CZK thou.
100%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
OECD FORD
Optics (including laser optics and quantum optics)
Solution period
01. 01. 2021 - 31. 12. 2022