快速冷却纳米机械振子研究取得新进展

　　近日，中科院武汉物理与数学研究所束缚体系量子信息处理研究组联合国防科技大学和北京计算科学研究中心，提出了一个快速冷却纳米机械振子的新方案，相关工作发表在今年的美国光学学会期刊Optics Express上。

　　该论文题为《利用动力学塞曼效应快速冷却纳米机械振子》，由武汉物数所张建奇博士、冯芒研究员与国防科技大学以及北京计算科学研究中心的研究人员合作完成。纳米机械振子既可展现宏观物理的经典性质，也可展现微观物理的量子性质，因此对纳米机械振子的相关研究不仅具有非常重要的物理意义，同时也有广泛的应用前景。但是，纳米机械振子的量子性质常常被环境中的热噪声所淹没，所以有效、快捷地冷却纳米机械振子是目前的研究热点之一。在该论文提出的方案中，金刚石氮空位色心被集成在悬臂纳米机械振子的振动端，在外加梯度磁场的作用下，借助于动力学塞曼效应(the dynamical Zeeman effect)，可以将金刚石色心的内态和悬臂振子的振动直接耦合起来。相比前人提出的一些冷却方案，该工作通过巧妙地施加满足双光子共振条件的外加光场，利用量子干涉效应分别抑制和加强了系统中的加热效应和冷却效应，从而实现纳米机械振子的更快速的冷却。

　　该研究工作得到了国家重大科学研究计划“囚禁单原子(离子)与光耦合体系量子态的操控”，国家自然科学基金和中国博士后科学基金“利用金刚石含氮空位中心将纳米机械振子冷却到基态”的资助。

图 (a) 方案示意图：金刚石氮空位色心（NV）被集成在悬臂纳米机械振子(MR)的振动端，在外加梯度磁场（MFG）的作用下，巧妙地施加光场Ω₊和Ω_-，可以实现纳米机械振子的更快速的冷却。

(b) 光场作用下的金刚石氮空位色心（NV）的内部能级结构。