物理：量子雑音に駆動された共振器オプトメカニクスが発生する非古典光

光が質量のある物体の運動を駆動し、その運動に影響される光機械系は、非線形量子光学の新しい枠組みとなり、量子情報の保存と変換から重力波検出器における検出感度の向上にまで応用されるであろう。しかし、光機械系の量子光学効果は、その検出に光放射圧の真空ゆらぎが支配的な物体の運動が必要となるため、これまで明確ではなかった。特に直接観測は技術的な雑音や熱雑音が障害となっていた。本論文では、集団原子運動が主に放射圧の量子ゆらぎに駆動される極低温原子を使って、共振器オプトメカニクスを実現した結果を報告する。この運動の共振器光場への反作用からポンデロモーティブスクイージングが生じる。我々は、サブショット雑音の光スクイージングを測定することにより、この量子現象を検出した。さらに、この系は、光ゆらぎに対する低電力で高利得な非線形パラメトリック増幅器として作用し、たった7個の共振器内平均光子数に相当するポンプにより、20 dBの利得が得られることを実証した。これらの結果から、量子限界を超えた位置と力の検出のための低電力量子光学デバイスや、量子気体中の運動の制御と測定への道が開かれる。

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