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摘要

腔光力系统作为一种新型的混合量子系统, 因其超强耦合度、低温超导条件下极低的噪声、较长的相干时间等优势而成为被广受关注的量子实验平台. 本文简要介绍腔光力学及腔光力系统基本原理, 对常见腔光力系统进行分类, 详细介绍利用广义腔光力系统进行微波非经典量子态制备的相关进展, 对其性能优势和待解决问题进行分析, 最后总结相关应用场景并对未来的潜在应用领域进行了展望.

关键词:

As a novel hybrid quantum system, cavity optomechanical system shows super strong coupling strength, extremely low noise level and considerable coherent time under superconducting condition. In this paper, we briefly introduce basic principles of cavity optomechanics and cavity optomechanical systems. Meanwhile, we also classify the widely studied cavity optomechanical systems as five categories in their materials and structures. Significant parameters of these optomechanical systems, such as quality factor, mass and vibrating frequency of mechanical oscillator, are listed in detail. Technical merits and defects of these optomechanical systems are summarized. Furthermore, we introduce the research progress of non-classical microwave quantum states preparation by utilizing generalized cavity optomechanical systems, and we also analyze the performance advancements and remaining problems of this preparation method. In the end, we summarize the application cases at present and look forward to the potential application scenarios in the future. Our summary may be helpful for researchers who are focusing on quantum applications in sensing, radar, navigation, and communication in microwave domain.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:吴德伟,wudewei74609@126.com

基金项目:国家级-国家自然科学基金(61603413，61573372)

Authors and contacts

Corresponding author:Wu De-Wei,wudewei74609@126.com

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施引文献

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类别	品质因数水平	振子质量水平	振子频率水平	优势	不足
法布里-珀罗腔	10⁴	kg—pg	kHz—MHz	技术成熟, 应用广泛	品质因数水平较低, 耗散较大、不易集成
回音壁腔	10⁹(微球腔) 10⁸(微环腔)	ng—fg	MHz—GHz	光力耦合度高, 构造灵活, 腔内光子寿命长	工艺要求高、成本高
振动薄膜腔	10⁵	pg	MHz	结构简单、灵活	耗散较大、不易集成
光子晶体腔	10⁶	fg	GHz	可利用自由度多, 片上可扩展性好, 精确的模式控制	工艺复杂
超导微波腔	10⁷	pg	MHz	可高度集成, 与超导器件兼容, 腔的稳定性好, 热噪声水平低	超低温, 电磁噪声谱较宽

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腔光力系统类型	作用类型	模式数	腔类型	制备的微波非经典量子态
腔电力系统	光子-声子	2	微波腔	连续变量微波纠缠态, 微波压缩态, 微波-机械振子谐振模纠缠态
腔电光力系统	光子-声子-光子	3	微波腔, 光腔	连续、离散变量微波纠缠态, 微波单光子Fock态, 微波-机械振子谐振模纠缠态, 微波-光纠缠态

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