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Feedback Levitation on an Inverted Potential: A new tool for macroscopic quantum physics, sensing and information thermodynamics

Description du projet

Contrôle quantique avec lévitation optique en champ sombre

Le contrôle des objets mésoscopiques en lévitation constitue une frontière prometteuse dans les technologies de détection et la physique quantique. Le chauffage interne inhérent à l’absorption lors de la lévitation optique constitue toutefois un défi de taille, qui entrave la précision au niveau quantique. Soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet FLIP propose une solution innovante. En combinant la détection optique en champ sombre avec un contrôle actif par rétroaction, FLIP stabilise et refroidit les particules jusqu’à des états proches de l’état quantique sans absorption. Cette approche permet un contrôle quantique sans précédent des objets absorbants dans le vide poussé et ouvre de nouvelles possibilités pour les grandes superpositions quantiques et la détection avancée. En collaboration avec des experts de renom, FLIP entend révolutionner le domaine et ouvrir la voie à des recherches révolutionnaires en thermodynamique quantique et traitement de l’information.

Objectif

The control of levitated mesoscopic objects has developed into a flourishing field promising significant advances in sensing technologies, stochastic and quantum thermodynamics as well as macroscopic quantum physics. While optical levitation has already reached operation in the quantum regime, internal heating by absorption is a major challenge.
With FLIP (Feedback Levitation on an Inverted Potential) we propose an original solution: dark field optical detection plus active feedback control provides position stabilization (without additional confining potential) and cooling to a close-to-pure quantum state without absorption.
FLIP goes beyond the state of the art in several ways. It provides access to quantum control of absorbing objects in high vacuum (e.g. spin mechanics with NV-centers). It opens the door to large quantum superpositions via free-fall experiments with internally cold particles. It enables sensing and information thermodynamics with unstable potentials in the quantum regime.
Following the recent demonstration of quantum limited position readout, real-time state reconstruction and feedback cooling to the ground state, it is the ideal time to develop levitation in the dark optical field.
A controllable inverted potential for levitated particles is available in the host group, such that the project can be implemented from day zero and expanded towards a 3D dark quantum trap. Close collaboration with the Aspelmeyer group (partner group) and Prof. Kugi (ACIN) who jointly achieved feedback based ground state cooling will facilitate the implementation of FLIP.
My expertise in FPGA-based optical feedback control puts me in a perfect position to implement FLIP. At the host group, I will expand my background in optomechanics, and quantum optics. Finally, continuing my research in information thermodynamics using FLIP, the proposed research will, if successful, sharpen my unique research profile and open fruitful research directions for my future career.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2022-PF-01

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Coordinateur

UNIVERSITAT WIEN
Contribution nette de l'UE
€ 183 600,96
Coût total
Aucune donnée