我院量子光学研究取得重要突破:首次对辐射压力致冷过程进行动态分析

发布时间:2017-08-28  浏览次数:238

  近日,哈尔滨工程大学自动化学院在量子光学领域取得重要进展:我院海洋运载器导航设备研究所青年教师杨柳联合美国阿肯色大学Min Xiao(杰出教授)等人,首次模拟了光力系统中振子冷却的完整动力学过程,这不仅颠覆了人们对该过程的稳态理解,也将对未来的实验工作提供重要指导。

  概括地说,量子腔光力系统能够为量子操控机械振子提供普适的工具。从基础研究角度来看,腔光力系统为确定以及操控真正宏观物体的量子态提供了有力的方案,并且有助于实现对量子力学产生深刻认识的实验;从实际应用的角度来看,量子腔光力学技术在光学和微波频域内都会提供接近量子力学极限的运动和力的精细测量。

  为实现上述功能,腔光力学系统首先要将其机械振子冷却至其量子基态。对于光力致冷过程,物理学者们已经研究了很长一段时间。简单来讲,将一个可调光场作用于一个宏观物体,这里我们指一个力学谐振子,当光子(光粒子)带来的压力使存在物体中的能量(声子)转移给光子时发生光力冷却过程,该物体实现冷却。理想情况下,即物体能量完全被带走时,这个过程将会使该物体冷却到其量子纯态上。但实际上,这个量子态由于环境噪声微扰是不可能达到的。

  解决这个问题最经典的方法是将光力系统基于与时间无关的稳态上。与之前结论大为不同的是,他们将这个冷却过程看作是一个驱动力学振子从热初态开始,与周围环境热平衡进而最终达到高纯度稳定量子态的复杂动态过程。他们认为,与其他任何演化到稳态的过程类似,光力冷却过程也需要一定时间,这与先前报道过的理解形成鲜明对比,并且这个演化速度会决定这个系统的终态,其动力学图像使整个光力系统是如何从热变冷的过程变得清晰明朗。更重要的是,他们还对量子极限进行了重新定义。

  这个最新的成果将帮助物理学者们对与光力冷却过程有更加深刻的理解,并且这个颠覆性的工作不仅将对未来的实验给出有力指导,先前报道过的实验和理论工作也需要被重新讨论。

  该工作以《Radiation Pressure Cooling as a Quantum Dynamical Process》为题,已于近期发表在世界著名的物理学顶级学术周刊Physical Review Letters [PRL 118, 233604 (2017)]上,该期刊主要发表重要的物理研究成果,其中我院青年教师杨柳作为该文章的共同第一作者。


文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.233604




 




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