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Nuclear singlet state in diamond for overcoming the standard quantum limit in gravitational wave detectors

Descripción del proyecto

Superar el límite cuántico fundamental en los detectores de ondas gravitatorias

Las fluctuaciones cuánticas de la luz afectan a la sensibilidad de los detectores de ondas gravitatorias de próxima generación. Las principales fuentes de estas sutiles perturbaciones son el ruido de impacto y el ruido de retroacción optomecánica. La evasión de la retroacción es una técnica de medición que puede superar ciertos límites impuestos por la mecánica cuántica a la sensibilidad de los detectores de ondas gravitatorias. Un nuevo esquema propuesto para suprimir ambos tipos de ruido utiliza un conjunto de espín atómico como soporte de almacenamiento de las fluctuaciones cuánticas de la luz. La medición de la evasión de la retroacción se realiza mediante dos haces de luz entrelazados que examinan los detectores de ondas gravitatorias y el conjunto de espín. El equipo del proyecto SingletSQL, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie, estudiará los problemas derivados de la aplicación de esta metodología de medición.

Objetivo

The sensitivity of the next-generation gravitational-wave detectors (GWD) are critically limited by the quantum fluctuations of light. The major sources of such noises are shot noise and optomechanical back action noise (BAN). The improvement of sensitivity can be achieved by back-action evading (BAE) measurements, which allows overcoming the standard quantum limit. By trading off between shot and BAN, recently a promising scheme has been proposed which involves another auxiliary system, consisting of an atomic spin ensemble with negative effective mass that can suppress both the noises. The measurement is performed by two entangled beams of light probing the GWD and the spin ensemble. However, the approach exhibits three major implementational issues to focus on, which I have discovered by recent calculations. Firstly, I study how the sensitivity of the GWD is dependent and what the constraints introduced by the entanglement measures between subsystems. Secondly, I come with a novel approach for the BAE by using a nuclear singlet state of carbon in diamond which works at very low NMR frequencies and bandwidth aiming to avoid the discrepancies of the match between the frequencies and linewidths of the spin and the mechanical oscillators. In this aspect, I propose using a novel type readout of electron spin of NV centers, used as a non-perturbing ancilla of the nuclear spin-singlet. Finally, based on the parameters obtained from ongoing E-Test project, where a low thermal noise mechanical oscillator is being built up, I will theoretically investigate if the nuclear singlet state can match the frequency and bandwidth of rational parameters of the oscillator and whether it can be implemented for the BAE measurement. I will study the role played by the input squeezing parameters, and how to engineer the frequency range of noise suppression of the output. The proposal entitles advanced hands-on training on experimental setups and profounding my background in GWD.

Coordinador

INTERUNIVERSITAIR MICRO-ELECTRONICA CENTRUM
Aportación neta de la UEn
€ 175 920,00
Dirección
KAPELDREEF 75
3001 Leuven
Bélgica

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Región
Vlaams Gewest Prov. Vlaams-Brabant Arr. Leuven
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
Sin datos

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