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混合光机械系统中通过原子-光子-声子相互作用实现的非常规声子阻塞

Unconventional phonon blockade via atom-photon-phonon interaction in hybrid optomechanical systems.

作者信息

Wang Mei, Yin Tai-Shuang, Sun Zhao-Yu, Cheng Hong-Guang, Zhan Bi-Fu, Zheng Li-Li

出版信息

Opt Express. 2022 Mar 28;30(7):10251-10268. doi: 10.1364/OE.450337.

DOI:10.1364/OE.450337
PMID:35472997
Abstract

Phonon nonlinearities play an important role in hybrid quantum networks and on-chip quantum devices. We investigate the phonon statistics of a mechanical oscillator in hybrid systems composed of an atom and one or two standard optomechanical cavities. An efficiently enhanced atom-phonon interaction can be derived via a tripartite atom-photon-phonon interaction, where the atom-photon coupling depends on the mechanical displacement without practically changing a cavity frequency. This novel mechanism of optomechanical interactions, as predicted recently by Cotrufo et al. [Phys. Rev. Lett.118, 133603 (2017)10.1103/PhysRevLett.118.133603], is fundamentally different from standard ones. In the enhanced atom-phonon coupling, the strong phonon nonlinearity at a single-excitation level is obtained in the originally weak-coupling regime, which leads to the appearance of phonon blockade. Moreover, the optimal parameter regimes are presented both for the cases of one and two cavities. We compared phonon-number correlation functions of different orders for mechanical steady states generated in the one-cavity hybrid system, revealing the occurrence of phonon-induced tunneling and different types of phonon blockade. Our approach offers an alternative method to generate and control a single phonon in the quantum regime and could have potential applications in single-phonon quantum technologies.

摘要

声子非线性在混合量子网络和片上量子器件中起着重要作用。我们研究了由一个原子和一个或两个标准光机械腔组成的混合系统中机械振子的声子统计。通过三方原子 - 光子 - 声子相互作用可以推导出一种有效增强的原子 - 声子相互作用,其中原子 - 光子耦合取决于机械位移,而实际上不改变腔频率。正如Cotrufo等人最近所预测的[《物理评论快报》118, 133603 (2017)10.1103/PhysRevLett.118.133603],这种光机械相互作用的新机制与标准机制有根本不同。在增强的原子 - 声子耦合中,在原本弱耦合区域获得了单激发水平的强声子非线性,这导致了声子阻塞的出现。此外,还给出了单腔和双腔情况下的最佳参数范围。我们比较了单腔混合系统中产生的机械稳态下不同阶次的声子数关联函数,揭示了声子诱导隧穿和不同类型声子阻塞的发生。我们的方法提供了一种在量子 regime 中产生和控制单个声子的替代方法,并可能在单声子量子技术中有潜在应用。

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