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Phononic Quantum Sensors

Descripción del proyecto

Resonadores fonónicos ultracoherentes para redes y sensores cuánticos

Hoy en día empleamos más dispositivos nanoelectrónicos de ingeniería cuántica que nunca. Sin embargo, debido a los avances de la investigación y la tecnología de la mecánica cuántica, estos requieren una mayor calidad y funcionalidad. A fin de lograr estas dos características, el proyecto PHOQS, financiado con fondos europeos, capitalizará los últimos estudios sobre la medición y el control del movimiento con precisión en todos los niveles de las leyes fundamentales de las reglas de la mecánica cuántica para desarrollar sistemas mecánicos de coherencia sin precedentes, con un control cuántico optomecánico completo. Para ello, también habilitará membranas delgadas recientemente inventadas con un patrón «fonónico» especial de perforaciones, cuyas vibraciones se pueden controlar con precisión. El proyecto tendrá una gran repercusión en la investigación cuántica y las aplicaciones tecnológicas.

Objetivo

In this project, we will develop mechanical systems of unprecedented coherence under full optomechanical quantum control. At the same time, these systems provide a versatile and practical platform for force measurements and sensing. This novel and unique combination generates a host of opportunities in science and technology, ranging from fundamental tests of quantum decoherence and highly non-classical mechanical sensor states, to new kinds of mechanical quantum transducers.
These advances will be enabled by recent pioneering work of my group in the area of phononic engineering, that is, tailoring the phononic density of states in periodic geometries. In combination with state-of-the-art cryogenic refrigeration, we will achieve coherence times of mechanical quantum states at the level of one second, challenging existing models for mechanical state collapse. We will implement cavity-optomechanical interfaces to these systems which operate deeply in the quantum regime, and by themselves find applications as narrow, noiseless filters sought-after for gravity wave detectors. Furthermore, we will harness purely mechanical parametric interactions as a new resource. This allows noiseless gain immediately in the sensing device, and the preparation of highly nonclassical sensor states, such as strongly squeezed and entangled states. To demonstrate the sensing capabilities of this platform, we will functionalize it magnetically, and perform real-time measurements of single electron spins. We will resolve the split of the mechanical wavefunction as it interacts with a spin in a superposition state, and eventually prepare mechanical Schrödinger cat states, never generated before with a massive, millimetre-sized object visible to the naked eye. At a practical level, this project catalyses the experimental convergence of spin sensing and quantum optomechanics, with synergistic effects both for magnetic resonance imaging at the molecular scale and spin-based quantum networks.

Régimen de financiación

ERC-COG - Consolidator Grant

Institución de acogida

KOBENHAVNS UNIVERSITET
Aportación neta de la UEn
€ 1 976 164,00
Dirección
NORREGADE 10
1165 Kobenhavn
Dinamarca

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Región
Danmark Hovedstaden Byen København
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 976 164,00

Beneficiarios (1)