Title (eng)
Multimode optomechanics in the strong cooperativity regime
towards optomechanical entanglement with micromechanical membranes
Parallel title (deu)
Multimodenoptomechanik im starken Kooperativitätsregime
Author
Ramon Moghadas Nia
Advisor
Markus Aspelmeyer
Klemens Hammerer
Assessor
Francesco Marin
Roman Schnabel
Abstract (deu)
Quantenverschränkung ist ein wesentliches Merkmal der Quantenphysik und sie findet Anwendung in der Quanteninformationsverarbeitung
und Quantenkommunikation. Prominente Beispiele hierfür
sind Quantenteleportation, Quantenkryptographie sowie fundamentale
Tests der Quantentheorie. Diese Arbeit befasst sich mit der Erzeugung
und dem Nachweis von optomechanischer Verschränkung
kontinuierlicher Variablen zwischen einer Licht-Mode und einem mechanischen
Multimoden-Oszillator.
Das optomechanische System besteht aus einer Siliziumnitrid-
Membran, die sich in einem Fabry-Pérot Resonator mit einer hohen
Finesse befindet. Das System wurde optimiert und operiert nachweislich
im Bereich starker Kooperativität, einer notwendigen Bedingung
für die Erzeugung von Verschränkung.
Ein gepulst-kontinuierliches Protokoll zum Nachweis von Verschränkung
ist auf Korrelationsmessungen im Bereich starker Kooperativität
angewendet worden. Die Ergebnisse demonstrieren, dass
der übliche Ansatz, bei dem eine mechanische Mode hoher Güte
isoliert wird um Verschränkung nachzuweisen, nicht anwendbar ist.
Der Multimodenaspekt der Membran muss und wird in der Auswertung explizit berücksichtigt, genauso wie spektrale Eigenschaften der
Detektion, wodurch der Weg zu optomechanischer Multimodenverschränkung
geebnet wird.
Abstract (eng)
Quantum entanglement is an essential feature of quantum physics
and an important resource for applications in quantum information
processing and quantum communication, including prominent examples
such as quantum teleportation and quantum cryptography, as
well as for fundamental tests of quantum theory. This thesis explores
the generation and verification of continuous wave optomechanical
entanglement between a light mode and a multimode mechanical oscillator.
The optomechanical system consists of a thin silicon nitride membrane
placed within a high finesse Fabry-Pérot cavity. It is successively
improved and verified to operate in the strong cooperativity
regime, a necessary condition for the generation of entanglement.
A pulsed-continuous verification protocol is applied to correlation
measurements with strong cooperativity. The results demonstrate
that the naive approach of filtering a single high-Q mode to obtain a
witness for entanglement is not viable. The multimode nature of the
mechanics has to be, and is, explicitly considered in the evaluations
as well as spectral features of the detection scheme, thereby paving
the way towards multimode optomechanical entanglement.
Keywords (eng)
OptomechanicsQuantum entanglementMembraneQuantum optics
Keywords (deu)
OptomechanikQuantenverschränkungMembranQuantenoptik
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
xviii, 187 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
227
Study plan
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Physik)
[UA]
[796]
[605]
[411]
Association (deu)
Title (eng)
Multimode optomechanics in the strong cooperativity regime
towards optomechanical entanglement with micromechanical membranes
Parallel title (deu)
Multimodenoptomechanik im starken Kooperativitätsregime
Author
Ramon Moghadas Nia
Abstract (deu)
Quantenverschränkung ist ein wesentliches Merkmal der Quantenphysik und sie findet Anwendung in der Quanteninformationsverarbeitung
und Quantenkommunikation. Prominente Beispiele hierfür
sind Quantenteleportation, Quantenkryptographie sowie fundamentale
Tests der Quantentheorie. Diese Arbeit befasst sich mit der Erzeugung
und dem Nachweis von optomechanischer Verschränkung
kontinuierlicher Variablen zwischen einer Licht-Mode und einem mechanischen
Multimoden-Oszillator.
Das optomechanische System besteht aus einer Siliziumnitrid-
Membran, die sich in einem Fabry-Pérot Resonator mit einer hohen
Finesse befindet. Das System wurde optimiert und operiert nachweislich
im Bereich starker Kooperativität, einer notwendigen Bedingung
für die Erzeugung von Verschränkung.
Ein gepulst-kontinuierliches Protokoll zum Nachweis von Verschränkung
ist auf Korrelationsmessungen im Bereich starker Kooperativität
angewendet worden. Die Ergebnisse demonstrieren, dass
der übliche Ansatz, bei dem eine mechanische Mode hoher Güte
isoliert wird um Verschränkung nachzuweisen, nicht anwendbar ist.
Der Multimodenaspekt der Membran muss und wird in der Auswertung explizit berücksichtigt, genauso wie spektrale Eigenschaften der
Detektion, wodurch der Weg zu optomechanischer Multimodenverschränkung
geebnet wird.
Abstract (eng)
Quantum entanglement is an essential feature of quantum physics
and an important resource for applications in quantum information
processing and quantum communication, including prominent examples
such as quantum teleportation and quantum cryptography, as
well as for fundamental tests of quantum theory. This thesis explores
the generation and verification of continuous wave optomechanical
entanglement between a light mode and a multimode mechanical oscillator.
The optomechanical system consists of a thin silicon nitride membrane
placed within a high finesse Fabry-Pérot cavity. It is successively
improved and verified to operate in the strong cooperativity
regime, a necessary condition for the generation of entanglement.
A pulsed-continuous verification protocol is applied to correlation
measurements with strong cooperativity. The results demonstrate
that the naive approach of filtering a single high-Q mode to obtain a
witness for entanglement is not viable. The multimode nature of the
mechanics has to be, and is, explicitly considered in the evaluations
as well as spectral features of the detection scheme, thereby paving
the way towards multimode optomechanical entanglement.
Keywords (eng)
OptomechanicsQuantum entanglementMembraneQuantum optics
Keywords (deu)
OptomechanikQuantenverschränkungMembranQuantenoptik
Subject (deu)
Subject (deu)
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Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
227
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