Projektbeschreibung
Überlagerungszustände der Bewegung über ein hybrides atomares nanomechanisches Oszillatorsystem
Nanomechanische Oszillatoren sind ausgezeichnete Sensoren. Aufgrund ihrer geringen Masse reagieren sie sehr empfindlich auf kleine Störungen, und sie geben (gemessen am Qualitätsfaktor) nur sehr wenig Energie an die Umgebung ab. Neuartige „verspannte“ nanomechanische Resonatoren haben unvergleichliche Qualitätsfaktoren bei Raumtemperatur und eine thermisch begrenzte Kraftempfindlichkeit. Ihre dielektrischen Materialien interagieren jedoch nur minimal mit Sensortargets und anderen Quantensystemen. Ziel des ERC-finanzierten Projekts SEQUENCE ist es, verspannte nanomechanische Oszillatoren mit Nanomagneten zu funktionalisieren, die Einzelprotonenspins erfassen können. Sie werden dann über eine optische Pinzette kohärent an ein einzelnes Atom gekoppelt, um Quantenbewegungszustände zu erzeugen. Derartige Bauelemente können auch in On-Chip-Kraftsensoren zur beispiellosen Charakterisierung von Biomolekülen und Quantenbauelementen eingesetzt werden.
Ziel
Strained nanomechanical resonators have record-high quality factors at room temperature and state-of-the-art thermal-limited force sensitivities. However, they are typically made of dielectric materials that do not interact strongly with neither sensing targets nor other quantum systems. I propose to functionalize ultracoherent mechanical resonators with a nanomagnet to unleash their potential both for nanoscale magnetic sensing and the creation of hybrid quantum systems. The force sensitivity of the best strained nanomechanical resonators allows sensing of single proton spins when functionalized with a nanomagnet, providing new ways to characterize quantum devices and to investigate the three-dimensional structure of complex molecules such as proteins.
Direct coupling of mechanical resonators and a single two-level system is a challenging but attractive route to synthesis of arbitrary quantum motional states in mechanical resonators. The low frequency of strained nanomechanical resonators has made this type of interaction elusive, but recent progress makes it conceivable to coherently couple a single atom and mechanical motion by direct magnetic coupling. I will leverage optical tweezer technology to directly couple the internal quantum states of a single atom to the motion of an ultracoherent mechanical resonator and exploit this interaction to generate quantum states of motion.
By combining integrated photonics with ultracoherent nanomechanical resonators, SEQUENCE will develop unprecedently sensitive on-chip force sensors that can be used for characterization of biomolecules and quantum devices. The hybrid atom-mechanical system will realize a new interaction between single quantum systems and mechanical resonators which can be used in tests of fundamental physics, quantum sensing and quantum information processing.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Das Projektteam hat die Klassifizierung dieses Projekts bestätigt.
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- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenOptikKavitäts-Optomechanik
- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenQuantenphysik
- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenAtomphysik
- Technik und TechnologieElektrotechnik, Elektronik, InformationstechnikElektrotechnikSensoren
- Technik und TechnologieMedizintechnikdiagnostische BildgebungMagnetresonanztomografie
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG
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412 96 Goteborg
Schweden