Quantum control of many-body oscillators via cooperative effects

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K05505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: Kanamoto RIna 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (00382028)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斎藤 弘樹 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60334497)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 共振器量子オプトメカニクス / 量子光学 / 原子光学

Outline of Final Research Achievements

Control and measurement of mechanical oscillators are import issues toward quantum science and technology. This work was aimed at uncovering quantum collective effects in coupled mechanical oscillators of micro- or nano-scale for quantum control and quantum-limited sensing. The main results of this work are summarized into four categories: (i) we found that exciton-polariton condensates undergo a synchronization transition of rotational motions, (ii) we found a finite-size scaling in the collective quantum dynamics of nonlinear oscillators under quantum noise, (iii) we introduced a new perspective of nanosphere-atom dispersion force that modifies the center-of-mass motion of the nanosphere, (iv) we proposed a quasi-non-destructive measurement scheme of angular momentum of atomic Bose-Einstein condensate via optomechanical interactions.

Free Research Field

量子エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

振動子の力学的性質を把握し、これを制御・測定につなげることは、科学技術に於いて重要な課題である。物質表面-原子間の相互作用（分散力）は、物理のみならず生命科学やソフトマター分野でも重要な役割を担うことが知られている。この力の第一原理的な計算や測定はこれまで非常に困難であったが、本研究のように光トラップした単一ナノ粒子の測定技術を用いることで、この相互作用に関する理論・実験双方からの研究を加速させられると考えられる。また極低温の原子気体や振動子集団におけるダイナミクスの理解や準非破壊測定法の提案は、量子物性科学および力学的性質を利用したデバイス開発等で利用できる。