SEM-mikrofotografi av en mikrotoroidal resonator liknande den som används för demonstration av kvantförstärkt återkopplingskylning. Silica torus bildar ett hålrum för ljus som moduleras av de mekaniska vibrationerna från den stödjande skivan. Ljus kopplas in och ut ur systemet genom att föra en avsmalnande optisk fiber i närheten av torus. Kredit:Kristian Rasmussen, DTU
Hur lyckas linvandraren behålla balansen och undvika det där dödliga fallet från himlen? Hon känner noggrant av sin kropps rörelse och repets vibrationer och kompenserar följaktligen varje avvikelse från jämvikt genom att flytta sin tyngdpunkt. I ett termiskt exciterat system, amplituden för de mekaniska vibrationerna är direkt kopplade till systemets temperatur. Således, genom att eliminera vibrationer kyls systemet till en lägre effektiv temperatur.
I nyligen genomförda experiment vid DTU Fysik, forskare har använt en kvantförstärkt återkopplingsteknik för att dämpa rörelsen hos en mekanisk oscillator i mikronstorlek, kyler därigenom dess temperatur med mer än 140 grader under rumstemperatur. Viktigast, detta arbete demonstrerar en ny tillämpning av klämt ljus som möjliggör en förbättrad känslighet för den mekaniska rörelsen och därigenom en mer effektiv utvinning av information om hur dämpningsfeedbacken ska skräddarsys.
I experimentet, den mekaniska rörelsen hos en mikrotoroidal resonator avkändes kontinuerligt med användning av laserljus som cirkulerade inuti resonatorn. Med hjälp av den informationen skräddarsyddes och applicerades en elektrisk återkopplingskraft som alltid var ur fas med den momentana rörelsen - dvs. när rörelsen var riktad uppåt skulle återkopplingskraften motverka detta genom att trycka toroiden nedåt och vice versa. Med vanligt - klassiskt - laserljus, denna teknik begränsas i slutändan av det inneboende kvantbruset från sondlasern, och det sätter den klassiska gränsen för hur effektiv återkopplingskylningen kan vara.
Som nu visat av DTU-forskare, denna gräns kan överskridas genom att använda kvantkonstruerat pressat ljus. I experimentet, en förbättring av mer än 12 % över den klassiska begränsningstemperaturen uppnåddes. Denna förbättring begränsades av ineffektivitet hos det specifika systemet vilket resulterade i förlust av information om den mekaniska rörelsen. Den fulla potentialen hos den demonstrerade tekniken kan utvecklas genom tillämpning på toppmoderna optomekaniska system, håller löften om att nå rörelsekvantjordtillståndet för en mekanisk oscillator i rumstemperaturexperiment. Att uppnå detta skulle bana väg för en uppsjö av nya optomekaniska undersökningar av grundläggande kvantfysik och utgöra ett avgörande steg mot utveckling av ny kvantteknologi för avkänning och informationsbehandling baserad på mikromekaniska oscillatorer.
