基于片上回音壁模光学微腔的光力量子基态冷却

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基本信息

  • 批准号:
    61435007
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    362.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Recently, the ground state cooling of cavity optomechanical systems have attracted more and more attention for its potential applications in ultra-sensitive measurements such as displacement, force, mass, as well as to validate the quantum mechanics in macroscopic systems. In this project, we will focus on the study of the chip-based whispering-gallery mode cavity optomechanical systems and cooling the optomechanical oscillators to the ground state. We plan to fabricate chip-based high mechanical frequency (GHz) cavity optomechanical systems with both high optical Q-factors and high mechanical Q-factors by optimizing the fabrication recipe of the microcavities. We will try to cool the high mechanical frequency mode to the ground state using the resolved sideband cooling method, since the initial phonon number is lower for higher mechanical frequency mode under a certain temperature. In addition, we will investigate the multi-mode cooling to enhance the dynamical backaction using coupled high-Q microtoroid cavities. After the realization of the ground state cooling, we will further study the application of the cavity optomechanical system such as the accelerometer and gyroscope. In addition, we will study the optomechanical phonon laser as well as its application for precision measurements.
腔光力学系统的量子基态冷却是目前国际上光学研究的热点问题,对于实现位移、力、质量等物理量的精密测量和验证宏观量子物理现象有非常重要的应用价值。本课题主要研究基于研究片上回音壁模式微腔的光力学系统,目标是实现其量子基态冷却。我们将通过优化工艺实现高机械频率(GHz)和高光学(力学)品质因子的光力学系统。由于同温度下高频率振子的初始声子数较低,利用边带冷却技术,光力学系统逼近量子基态将更为可行。我们还将实现基于耦合微环芯腔的多腔模冷却实验,利用腔模对光力动态反作用的增加来提高冷却效率,降低噪声,实现量子基态冷却。在逼近量子基态之后,我们将研究光力学系统如何对加速度、角速度等物理量进行精密测量。我们还将研究如何实现高频声子激光及其精密测量应用。

结项摘要

腔光力学系统的量子基态冷却是目前国际上光学研究的热点问题,对于实现位移、力、质量等物理量的精密测量和验证宏观量子物理现象有非常重要的应用价值。本课题实现了多种基于回音壁模微腔及微腔耦合系统的光力学系统,其光学品质因子可以达到1亿,力学品质因子达到2万。基于这些系统,我们研究边带冷却和多模光力冷却。利用基于表面声波的多模光力冷却,我们将410 MHz力学模式的声子数在室温条件下冷却到了1500以内。利用耦合光学微腔系统,我们分别实现了59 MHz和 448 MHz的低阈值声子激光。我们研究了光力冷却的量子动力学过程,我们发现系统最终剩余的热声子数与冷却速率相关。在光力冷却的应用方面,我们研究了基于光力系统的高精度重力精密测量。理论计算表面,重力加速度测量的相对精度在当前的实验条件下有望达到10^-10。另外,我们在真空条件下光束缚的纳米金刚石系统中首次观察到了扭动自由度的运动,扭动模式的频率比同一系统质心平动模式频率大一个量级以上。项目执行期间,我们发表了50篇SCI论文。包括Phys. Rev. Lett. 5篇、Nat. Commun. 1篇、Laser Photonics Rev.2篇、Phys. Rev. A 12篇等。

项目成果

期刊论文数量(49)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Quantum memory and non-demolition measurement of single phonon state with nitrogen-vacancy centers ensemble
氮空位中心系综单声子态的量子记忆和非破坏测量
  • DOI:
    10.1364/oe.25.030149
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wang Rui-Xia;Cai Kang;Yin Zhang-Qi;Long Gui-Lu
  • 通讯作者:
    Long Gui-Lu
Dynamical phonon laser in coupled active-passive microresonators
主动-被动耦合微谐振器中的动态声子激光器
  • DOI:
    10.1103/physreva.94.031802
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    He Bing;Yang Liu;Xiao Min
  • 通讯作者:
    Xiao Min
Universal quantum gates between nitrogen-vacancy centers in a levitated nanodiamond
悬浮纳米金刚石中氮空位中心之间的通用量子门
  • DOI:
    10.1103/physreva.99.022319
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Chen Xing-Yan;Yin Zhang-qi
  • 通讯作者:
    Yin Zhang-qi
Generation of macroscopic Schrödinger cat state in diamond mechanical resonator.
金刚石机械谐振器中宏观薛定谔猫态的产生
  • DOI:
    10.1038/srep37542
  • 发表时间:
    2016-11-23
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Hou Q;Yang W;Chen C;Yin Z
  • 通讯作者:
    Yin Z
Kerr frequency combs in large-size, ultra-high-Q toroid microcavities with low repetition rates [Invited]
大尺寸、低重复率超高 Q 环形微腔中的克尔频率梳 [邀请]
  • DOI:
    10.1364/prj.5.000b54
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Photonics Research
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Ma Jiyang;Jiang Xiaoshun;Xiao Min
  • 通讯作者:
    Xiao Min

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

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关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
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AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
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          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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