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Phononic Quantum Sensors

Description du projet

Des résonateurs phoniques ultracohérents pour les capteurs et les réseaux quantiques

Nous utilisons aujourd’hui plus de dispositifs nanoélectroniques à ingénierie quantique que jamais auparavant. Toutefois, leur qualité et leur fonctionnalité doivent être améliorées, grâce aux progrès de la recherche et de la technologie en mécanique quantique. À cette fin, le projet PHOQS, financé par l’UE, s’appuiera sur les dernières études relatives à la mesure et au contrôle précis du mouvement à tous les niveaux des lois fondamentales des règles de la mécanique quantique afin de développer des systèmes mécaniques d’une cohérence sans précédent, sous contrôle optomécanique quantique total. Le projet permettra également de mettre au point de nouvelles membranes minces dotées d’un motif spécial de perforations «phononiques», dont les vibrations peuvent être contrôlées avec précision. Le projet aura un impact énorme sur la recherche quantique et ses applications technologiques.

Objectif

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.

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

Institution d’accueil

KOBENHAVNS UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 1 976 164,00
Adresse
NORREGADE 10
1165 Kobenhavn
Danemark

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Région
Danmark Hovedstaden Byen København
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 976 164,00

Bénéficiaires (1)