Limites de sensibilités au sein des systèmes nano-optomécaniques // Limits of Sensitivity in nano-optomchanics

L'optomécanique est le domaine consacré à l'étude des interactions réciproques entre des degrés de liberté optiques et mécaniques. Apparu au milieu des années 90, le développement de ce domaine a connu une accélération importante au tournant des années 2010, avec l'apparition des systèmes nano-optomécaniques, qui couplent des résonateurs mécaniques de dimensions nanométriques à des états de lumière non-conventionnels de très faible volume spatial. Cette approche a permis d'obtenir une exaltation de massive du couplage optomécanique, ce qui a conduit à des réalisation très importantes telles que le refroidissement laser d'un degré de liberté mécanique macroscopique, et la mise en évidence des fluctuations quantiques de l'action en retour. Cependant, les conditions de fonctionnement de ces dispositifs s'éloignent fortement de celles du concept de cavité optomécanique linéaire, d'après lequel le domaine s'est développé, avec l'hypothèse d'une détection opérant de manière optimale, c'est-à-dire à la limite de Cramér-Rao.

Ce projet propose d'étudier expérimentalement les limites de sensibilité dans les mesures optomécaniques, dans un cadre généralisé, au-delà de l'interaction optique unitaire supposée dans le contexte initial du domaine de l'optomécanique. Plus spécifiquement, ce travail propose de se concentrer sur la démonstration de l'optimisation des mesures nano-optomécaniques, basées sur l'optimisation de la mesure par façonnage de front d'onde. Nous visons des démonstrations sur des degrés de liberté allant jusqu'au MHz, limitées par le bruit quantique de la sonde optique. Nous prévoyons également d'étudier le rôle des forces d'action en retour, afin de déterminer les conditions optimales d'opération généralisées.
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Optomechanics is the field dedicated to the study of reciprocal interactions between optical and mechanical degrees of freedom. Emerging in the mid-1990s, the development of this field accelerated significantly in the early 2010s with the emergence of nano-optomechanical systems, which couple nanoscale mechanical resonators to unconventional light states of very small spatial volume. This approach has enabled massive enhancement of optomechanical coupling, leading to significant achievements such as laser cooling of a macroscopic mechanical degree of freedom and the discovery of quantum fluctuations in feedback. However, the operating conditions of these devices differ greatly from those of the linear optomechanical cavity concept, upon which the field was developed, with the assumption of optimal detection, i.e., at the Cramér-Rao limit.

This project proposes to experimentally study the sensitivity limits in optomechanical measurements, in a generalized framework, beyond the unitary optical interaction assumed in the initial context of the field of optomechanics. More specifically, this work proposes to focus on demonstrating the optimization of nano-optomechanical measurements, based on the optimization of the measurement by wavefront shaping. We aim at demonstrations on degrees of freedom up to MHz, limited by the quantum noise of the optical probe. We also plan to study the role of back-action forces, in order to determine the generalized optimal operating conditions.
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Début de la thèse : 01/01/2026

Autre financement public

ANR

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Optique quantique, Théorie Quantique de l'Information, Optomécanique, Mesure Quantique, Electronique, Interfaçage electronique/informatique, Communication, rédaction Anglais/Français
Quantum Optics, Quantum Information Theory, Optomechanics, Quantum Measurement, Electronics, Electronic/Computer Interfacing, Communication, English/French Writing