Os pesquisadores do Center for Nanoscale Materials apresentam um modelo quântico para alcançar o resfriamento do estado fundamental em ressonadores mecânicos de baixa frequência e mostram como a cooperatividade e o emaranhamento são fatores-chave para aumentar a figura de mérito do resfriamento.

Um ressonador com ruído térmico próximo de zero tem melhores características de desempenho em detecção em nanoescala, memórias quânticas, e aplicativos de processamento de informação quântica. Técnicas de resfriamento criogênico passivo, como refrigeradores de diluição, Resfriaram ressonadores de alta frequência com sucesso, mas não são suficientes para sistemas de frequência mais baixa. O efeito optomecânico foi aplicado com sucesso para resfriar sistemas de baixa frequência após um estágio inicial de resfriamento. Este método acopla parametricamente um ressonador mecânico a uma cavidade óptica acionada, e, por meio do ajuste cuidadoso da frequência da unidade, atinge o efeito de resfriamento desejado. O efeito optomecânico é expandido para uma abordagem alternativa para o resfriamento do estado fundamental com base em defeitos de estado sólido embutidos. É proposta a engenharia dos parâmetros de acoplamento átomo-ressonador, usando o perfil de deformação do ressonador mecânico, permitindo que o resfriamento prossiga através dos estados emaranhados escuros do conjunto do sistema de dois níveis. Essa abordagem permite o resfriamento do estado fundamental, apesar das forças de interação fracas comumente vistas em ambientes experimentais. Efeitos de emaranhamento e cooperação são fatores-chave para aumentar a figura de mérito refrescante.

Os resultados se aplicam a uma variedade de sistemas, como centros de vacância de silício e nitrogênio em diamantes e pontos quânticos, e aumentar o potencial de miniaturização e operação em temperatura ambiente necessária para aplicações tecnológicas de longo prazo. Este trabalho abre caminho para experimentos de resfriamento do estado fundamental usando defeitos de estado sólido. A abordagem, acessível para demonstrações experimentais e universal para uma variedade de sistemas, supera os principais obstáculos que bloquearam a realização do resfriamento do estado fundamental usando defeitos de estado sólido embutidos.

Simulações quânticas rigorosas de sistemas de interação de 2 níveis (átomos, Centros NV, etc.) incorporado em um ressonador mecânico (por exemplo, cantilever em microescala). A engenharia da fase local das forças de acoplamento usando o perfil de deformação em ressonadores mecânicos permite um resfriamento eficiente mediado por cooperatividade e emaranhamento.