DFG-NSF: Demonstration of position and speed measurements in the quantum non-demolition regime towards a new gravitational-wave detector topology

DFG-NSF:针对新的引力波探测器拓扑在量子非破坏机制中演示位置和速度测量

基本信息

项目摘要

Gravitational forces change the position and speed of a mass. The most precise measurement devices for gravitational forces are laser interferometers sensing the motion of mirrors acting as test masses, in particular those built for the detection of gravitational waves. Theoretical research in quantum metrology has predicted the possibility to improve force measurements by realising a quantum non-demolition (QND) scheme for position and speed. Such a scheme surpasses the so-called standard quantum limit (SQL), which is a direct consequence of Heisenberg's uncertainty relation and a fundamental, yet not ultimate, limit in gravitational-wave detectors. Up to now, neither a position nor a speed measurement noise spectral density beyond the SQL has been demonstrated. The aims of this project are the theoretical analysis and the construction of a new type of a cavity-enhanced optomechanical interferometer; the characterization of the interferometric measurement of speed as a QND variable; and the employment of the new setup's unique properties for demonstrating a noise spectral density beyond the SQL. The new setup will be table-top and will comprise for the first time a membrane inside a ring cavity. In contrast to previously investigated coupled cavities with a membrane in the middle, the new setup avoids optomechanical instabilities and will allow for much higher intra-cavity light powers. Furthermore, the new setup has two output ports, whose combination enables the simultaneous monitoring of membrane position and membrane speed. This unique feature will be used for a direct comparison between position measurements that are affected by quantum back-action and QND speed measurements. The high intra-cavity light powers, together with the back-action evading property of the new system and the injection of squeezed states of light will enable reaching and even surpassing the SQL at temperatures above 5K. The first demonstration and verification of QND techniques as planned in this project will be accompanied by a detailed analysis of scalability with regard to detection frequency and test mass size. This would be development towards a new interferometer topology with unprecedented sensitivity for the detection of gravitational waves.
引力改变物体的位置和速度。最精确的引力测量设备是激光干涉仪,它可以检测作为测试质量的镜子的运动,特别是那些为探测引力波而建造的镜子。量子计量学的理论研究已经预测了通过实现位置和速度的量子非破坏(QND)方案来改善力测量的可能性。这样的方案超越了所谓的标准量子极限(SQL),这是海森堡不确定关系的直接结果,也是引力波探测器的基本但非最终极限。到目前为止,没有一个位置或速度测量噪声谱密度超过SQL已被证明。该项目的目的是理论分析和一种新型的腔增强光机械干涉仪的建设;作为QND变量的速度的干涉测量的表征;和就业的新设置的独特属性,用于演示超出SQL的噪声谱密度。新的设置将是桌面,并将首次包括一个环腔内的膜。与先前研究的中间有膜的耦合腔相比,新的设置避免了光学机械不稳定性,并将允许更高的腔内光功率。此外,新的设置有两个输出端口,其组合可以同时监控膜位置和膜速度。这种独特的功能将用于直接比较受量子反作用影响的位置测量和QND速度测量。高的腔内光功率,加上新系统的反作用规避特性和光的压缩态的注入,将能够在高于5 K的温度下达到甚至超过SQL。QND技术的第一次演示和验证计划在这个项目中将伴随着一个详细的分析的可扩展性方面的检测频率和测试质量的大小。这将是一种新的干涉仪拓扑结构的发展,具有前所未有的探测引力波的灵敏度。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Proposal for gravitational-wave detection beyond the standard quantum limit through EPR entanglement
  • DOI:
    10.1038/nphys4118
  • 发表时间:
    2017-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19.6
  • 作者:
    Ma, Yiqiu;Miao, Haixing;Chen, Yanbei
  • 通讯作者:
    Chen, Yanbei
Quantum expander for gravitational-wave observatories
  • DOI:
    10.1038/s41377-019-0230-2
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Korobko;Yiqiu Ma;Yanbei Chen;R. Schnabel
  • 通讯作者:
    M. Korobko;Yiqiu Ma;Yanbei Chen;R. Schnabel
Beating the Standard Sensitivity-Bandwidth Limit of Cavity-Enhanced Interferometers with Internal Squeezed-Light Generation.
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.118.143601
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    M. Korobko;L. Kleybolte;S. Ast;H. Miao;Yanbei Chen;R. Schnabel
  • 通讯作者:
    M. Korobko;L. Kleybolte;S. Ast;H. Miao;Yanbei Chen;R. Schnabel
Coherent coupling completing an unambiguous optomechanical classification framework
  • DOI:
    10.1103/physreva.100.053855
  • 发表时间:
    2019-11-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Li,Xiang;Korobko,Mikhail;Chen,Yanbei
  • 通讯作者:
    Chen,Yanbei
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr. Roman Schnabel其他文献

Professor Dr. Roman Schnabel的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr. Roman Schnabel', 18)}}的其他基金

Efficient multi-step distillation of quantum states counteracting Gaussian decoherence without the need for quantum memories
量子态的高效多步蒸馏可抵消高斯退相干,无需量子存储器
  • 批准号:
    388405666
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Verification of finite size continuous-variable quantum key distribution under coherent attacks
相干攻击下有限尺寸连续变量量子密钥分布验证
  • 批准号:
    249157115
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Frequency upconversion of squeezed vacuum states of light
光的压缩真空态的频率上转换
  • 批准号:
    212738367
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Experimentelle Purifikation gequetschter und verschränkter Zustände
压缩态和纠缠态的实验纯化
  • 批准号:
    21500014
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

SYNJ1蛋白片段通过促进突触蛋白NSF聚集在帕金森病发生中的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
NSF蛋白亚硝基化修饰所介导的GluA2 containing-AMPA受体膜稳定性在卒中后抑郁中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82071300
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
参加中美(NSFC-NSF)生物多样性项目评审会
  • 批准号:
    31981220281
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2.3 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
参加中美(NSFC-NSF)生物多样性项目评审会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中美(NSFC-NSF)EEID联合评审会
  • 批准号:
    81981220037
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2.1 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中美(NSFC-NSF)EEID联合评审会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2.6 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中美(NSFC-NSF)EEID联合评审会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.2 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
Mon1b 协同NSF调控早期内吞体膜融合的机制研究
  • 批准号:
    31671397
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    67.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

NSF Engines Development Award: Utilizing space research, development and manufacturing to improve the human condition (OH)
NSF 发动机发展奖:利用太空研究、开发和制造来改善人类状况(OH)
  • 批准号:
    2314750
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
NSF Engines Development Award: Building an sustainable plastics innovation ecosystem in the Midwest (MN, IL)
NSF 引擎发展奖:在中西部(明尼苏达州、伊利诺伊州)建立可持续塑料创新生态系统
  • 批准号:
    2315247
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
Collaborative Research: NSF-BSF: How cell adhesion molecules control neuronal circuit wiring: Binding affinities, binding availability and sub-cellular localization
合作研究:NSF-BSF:细胞粘附分子如何控制神经元电路布线:结合亲和力、结合可用性和亚细胞定位
  • 批准号:
    2321481
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: NSF-BSF: How cell adhesion molecules control neuronal circuit wiring: Binding affinities, binding availability and sub-cellular localization
合作研究:NSF-BSF:细胞粘附分子如何控制神经元电路布线:结合亲和力、结合可用性和亚细胞定位
  • 批准号:
    2321480
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NSF Engines Development Award: Creating climate-resilient opportunities for plant systems (NC)
NSF 发动机开发奖:为工厂系统创造气候适应机会 (NC)
  • 批准号:
    2315399
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
NSF Engines: Louisiana Energy Transition Engine
NSF 发动机:路易斯安那州能源转型发动机
  • 批准号:
    2315727
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
RII Track-4:NSF: Integrated Electrochemical-Optical Microscopy for High Throughput Screening of Electrocatalysts
RII Track-4:NSF:用于高通量筛选电催化剂的集成电化学光学显微镜
  • 批准号:
    2327025
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
RII Track-4:NSF: Resistively-Detected Electron Spin Resonance in Multilayer Graphene
RII Track-4:NSF:多层石墨烯中电阻检测的电子自旋共振
  • 批准号:
    2327206
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
RII Track-4:NSF: Improving subseasonal-to-seasonal forecasts of Central Pacific extreme hydrometeorological events and their impacts in Hawaii
RII Track-4:NSF:改进中太平洋极端水文气象事件的次季节到季节预报及其对夏威夷的影响
  • 批准号:
    2327232
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
RII Track-4:NSF: Design of zeolite-encapsulated metal phthalocyanines catalysts enabled by insights from synchrotron-based X-ray techniques
RII Track-4:NSF:通过基于同步加速器的 X 射线技术的见解实现沸石封装金属酞菁催化剂的设计
  • 批准号:
    2327267
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了