2023 Fiscal Year Final Research Report

Generation of macroscopic phonon entanglement by a microsphere optical cavity and nanowire oscillators

Research Project

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Project/Area Number	21H01023
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research Institution	NTT Basic Research Laboratories
Principal Investigator	Okamoto Hajime 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 特別研究員 (20350465)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	浅野元紀日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 研究主任 (60867224) 章国強日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (90402247) 太田竜一日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (90774894)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	振動 / 光 / 結合 / 共振器
Outline of Final Research Achievements	We proposed a method for generating entanglement between solid-state oscillators using near-field light in an optical microcavity, and attempted to demonstrate it experimentally by applying it to nanowire oscillators. During the research period, we succeeded in not only fabricating an ultra-high-Q cavity necessary for quantum limited displacement measurements but also proposing and demonstrating displacement measurements using Raman amplification to solve the problem of Q deterioration when bringing this cavity close to a vibrating body. Although the demonstration was successful, the actuator used for high-speed modulation of the close distance required for entanglement did not function sufficiently, and the goal could not be achieved within the period. Meanwhile, in the course of our research, we succeeded in creating a new optomechanical structure in which high-Q cavities are connected, and achieved ultra-sensitive vibration measurement in an in-liquid environment.
Free Research Field	ナノメカニクス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	今回提案・実証した光キャビティのラマン増幅を用いた近接場変位測定手法は様々な材質や形状から成る振動体へと適用できる汎用性の高い計測手法であり、従来のキャビティオプトメカニクス研究をこれまでにない新規系へと展開できる可能性を広げる。ナノワイヤよりも大きな構造体間のエンタングルメント生成も将来的に視野に入る。また、今回提案・実証した連結キャビティ構造を用いた高感度液中計測技術は、従来キャビティオプトメカニクス技術の適用が困難であった液体環境での研究展開を可能とする新技術であり、センサ・材料開発・創薬などの応用の他、液体界面の物理探索や局所的な液中反応の解明など、新たな研究領域の開拓につながる。