Description du projet
Superposition d’états de mouvement par le biais d’un système hybride d’oscillateurs atomiques et nanomécaniques
Les oscillateurs nanomécaniques sont d’excellents capteurs. Leur faible masse les rend particulièrement sensibles aux petites perturbations et ils perdent très peu d’énergie dans l’environnement (mesures basées sur le facteur de qualité). De nouveaux résonateurs nanomécaniques «déformés» présentent des facteurs de qualité inégalés à température ambiante et des sensibilités de force limitées par la température; les matériaux diélectriques qui les composent interagissent toutefois de manière minimale avec les cibles de détection et d’autres systèmes quantiques. Le projet SEQUENCE, financé par le CER, se propose de fonctionnaliser les oscillateurs nanomécaniques déformés avec des nano-aimants, ce qui permettra de détecter les spins d’un proton unique. Ceux-ci seront ensuite couplés de manière cohérente à un atome unique à l’aide de la technologie de la pince optique afin de générer des états quantiques de mouvement. Les dispositifs peuvent également être exploités dans des capteurs de force sur puce pour une caractérisation sans précédent des biomolécules et des dispositifs quantiques.
Objectif
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.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. La classification de ce projet a été validée par l’équipe qui en a la charge.
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- sciences naturellessciences physiquesoptiqueoptomécanique en cavité
- sciences naturellessciences physiquesphysique quantique
- sciences naturellessciences physiquesphysique atomique
- ingénierie et technologiegénie électrique, génie électronique, génie de l’informationingénierie électroniquecapteurs
- ingénierie et technologieingénierie médicaleimagerie diagnostiqueimagerie par résonance magnétique
Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-STG
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HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
412 96 Goteborg
Suède