In this review, the authors study how a hybrid optomechanical system (OMS), in which a quantum micro- or nano-mechanical oscillator is coupled to the electromagnetic radiation pressure, consisting of an ensemble of ultracold atoms or an atomic Bose–Einstein condensate, can be used as an ultraprecision quantum sensor for measuring very weak signals. As is well-known in any precise quantum measurement, the competition between the shot noise and the backaction noise of measurement executes a limitation on the measurement precision which is the so-called standard quantum limit (SQL). In the case where the intensity of the signal is even lower than the SQL, one needs to perform an ultraprecision quantum sensing to beat the SQL. For this purpose, the authors review three important methods for surpassing the SQL in a hybrid OMS: (i) the backaction evading measurement of a quantum nondemolition variable of the system, (ii) the coherent quantum backaction noise cancelation, and (iii) the so-called parametric sensing, the simultaneous signal amplification, and added noise suppression below the SQL. Furthermore, the authors have shown in this article for the first time how the classical fluctuation of the driving laser phase, the so-called laser phase noise, affects the power spectrum of the output optical field in a standard OMS and induces an additional impression noise which makes the total system noise increase above the SQL. Also, for the first time in this review it has been shown that in the standard OMSs, it is impossible to amplify the signal while suppressing the noise below the SQL simultaneously.

1.
M.
Aspelmeyer
,
T. J.
Kippenberg
, and
F.
Marquardt
,
Rev. Mod. Phys.
86
,
1391
(
2014
).
2.
M.
Aspelmeyer
,
T. J.
Kippenberg
, and
F.
Marquardt
,
Cavity Optomechanics: Nano- and Micromechanical Resonators Interacting with Light
, Quantum Science and Technology (
Springer
,
2013
).
3.
4.
G.
Milburn
and
M.
Woolley
,
Acta Phys. Slovaca
61
,
483
(
2011
).
5.
O. R.
Isart
,
A. C.
Pflanzer
,
M. L.
Juan
,
R.
Quidant
,
N.
Kiesel
,
M.
Aspelmeyer
, and
J. I.
Cirac
,
Phys. Rev. A
83
,
013803
(
2011
).
6.
W. P.
Bowen
and
G. J.
Milburn
,
Quantum Optomechanics
(
CRC
,
Boca Raton
,
2016
).
8.
I.
Marinkovic
,
A.
Wallucks
,
R.
Riedinger
,
S.
Hong
,
M.
Aspelmeyer
, and
S.
Groblacher
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
220404
(
2018
).
9.
J.
Li
,
A.
Wallucks
,
R.
Benevides
,
N.
Fiaschi
,
B.
Hensen
,
T. P. M.
Alegre
, and
S.
Groblacher
,
Phys. Rev. A
102
,
032402
(
2020
).
10.
R.
Singh
and
Th. P.
Purdy
,
Phys. Rev. Lett.
125
,
120603
(
2020
).
11.
T. J.
Kippenberg
and
K. J.
Vahala
,
Opt. Express
15
,
17172
(
2007
).
12.
M.
Tsang
and
C. M.
Caves
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
123601
(
2010
).
13.
M.
Tsang
and
C. M.
Caves
,
Phys. Rev. X
2
,
031016
(
2012
).
14.
A.
Motazedifard
,
F.
Bemani
,
M. H.
Naderi
,
R.
Roknizadeh
, and
D.
Vitali
,
New J. Phys.
18
,
073040
(
2016
).
15.
L. F.
Buchmann
,
S.
Schreppler
,
J.
Kohler
,
N.
Spethmann
, and
D. M.
Stamper-Kurn
,
Rev. Lett.
117
,
030801
(
2016
).
16.
Ch. B.
Møller
 et al.,
Nat. Phys.
547
,
19
(
2017
).
17.
Sh.
Liu
,
B.
Liu
,
J.
Wang
,
T.
Sun
, and
W. X.
Yang
,
Phys. Rev. A
99
,
033822
(
2019
).
18.
M.
Brunelli
,
D.
Malz
, and
A.
Nunnenkamp
, arXiv:1903.05901v1 (
2019
).
19.
A.
Motazedifard
,
A.
Dalafi
,
F.
Bemani
, and
M. H.
Naderi
,
Phys. Rev. A
100
,
023815
(
2019
).
20.
M.
Fani
and
A.
Dalafi
,
J. Opt. Soc. Am. B
37
,
1263
(
2020
).
21.
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
E.
Damskagg
,
G. S.
Paraoanu
,
F.
Massel
, and
M. A.
Sillanpaa
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
243601
(
2018
).
22.
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
E.
Damskägg
,
J. M.
Pirkkalainen
,
T. T.
Heikkilä
,
F.
Massel
, and
M. A.
Sillanpää
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
103601
(
2017
).
23.
L. M.
de Lepinay
,
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
M. J.
Woolley
, and
M. A.
Sillanpaa
, arXiv:2009.12902v1 (
2020
).
24.
C. W.
Lee
,
J. H.
Lee
, and
H.
Seok
,
Sci. Rep.
10
,
17496
(
2020
).
25.
S. A.
Fedorov
,
A.
Beccari
,
A.
Arabmoheghi
,
D. J.
Wilson
,
N. J.
Engelsen
, and
T. J.
Kippenberg
, arXiv:2004.05700v3 (
2020
).
26.
S.
Forstner
,
E.
Sheridan
,
J.
Knittel
,
C. L.
Humphreys
,
G. A.
Brawley
,
H.
Rubinsztein-Dunlop
, and
W. P.
Bowen
,
Adv. Mater.
26
,
6348
(
2014
).
27.
T. P.
Purdy
,
K. E.
Grutter
,
K.
Srinivasan
, and
J. M.
Taylor
,
Science
356
,
1265
(
2017
).
28.
M. S.
Ebrahimi
,
A.
Motazedifard
, and
M.
Bagheri
, arXiv:2011.06081v3 [quant-ph] (
2020
).
29.
F.
Xiong
 et al., arXiv:2010.14199v2 (
2020
).
30.
F.
He
,
J.
Liu
, and
K.
Zhu
,
Nanotechnology
32
,
085505
(
2021
).
31.
L.
Bello
,
Y.
Michael
,
M.
Rosenbluh
,
E.
Cohen
, and
A.
Pe'er
, arXiv:2011.08099v1 (
2020
).
32.
F. Y.
Khalili
and
E.
Zeuthen
, arXiv:2011.14716v2 (
2020
).
33.
U. S.
Sainadh
and
M.
Anil Kumar
,
Phys. Rev. A
102
,
063523
(
2020
).
34.
M. H. J.
de Jong
,
J.
Li
,
C.
Gärtner
,
R. A.
Norte
, and
S.
Gröblacher
, arXiv:2012.11733v1 (
2020
).
35.
A.
Di Giovanni
,
M.
Brunelli
, and
M. G.
Genoni
, arXiv:2012.15221v2 (
2020
).
36.
Sh.
Barzanjeh
,
S.
Guha
,
C.
Weedbrook
,
D.
Vitali
,
J. H.
Shapiro
, and
S.
Pirandola
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
080503
(
2015
).
37.
S.
Barzanjeh
,
S.
Pirandola
,
D.
Vitali
, and
J. M.
Fink
,
Sci. Adv.
6
,
eabb0451
(
2020
).
38.
A. D. O.
Connell
 et al.,
Nature
464
,
697
(
2010
).
39.
J. D.
Teufel
 et al.,
Nature
475
,
359
(
2011
).
40.
J.
Chan
,
T. P. M.
Alegre
,
A. H.
Safavi-Naeini
,
J. T.
Hill
,
A.
Krause
,
S.
Groblacher
,
M.
Aspelmeyer
, and
O.
Painter
,
Nature
478
,
89
(
2011
).
41.
T. A.
Palomaki
,
J. D.
Teufel
,
R. W.
Simmonds
, and
K. W.
Lehnert
,
Science
342
,
710
(
2013
).
42.
M.
Paternostro
,
D.
Vitali
,
S.
Gigan
,
M. S.
Kim
,
C.
Brukner
,
J.
Eisert
, and
M.
Aspelmeyer
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
250401
(
2007
).
43.
C.
Genes
,
A.
Mari
,
D.
Vitali
, and
P.
Tombesi
,
Adv. At. Mol. Opt. Phys.
57
,
33
(
2009
).
44.
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
, and
A.
Motazedifard
,
Phys. Rev. A
97
,
043619
(
2018
).
45.
S.
Barzanjeh
,
E. S.
Redchenko
,
M.
Peruzzo
,
M.
Wulf
,
D. P.
Lewis
,
G.
Arnold
, and
J. M.
Fink
, arXiv:1809.05865 (
2019
).
46.
F.
Bemani
,
R.
Roknizadeh
,
A.
Motazedifard
,
M. H.
Naderi
, and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
99
,
063814
(
2019
).
47.
Q.
Lin
,
B.
He
, and
M.
Xiao
,
Phys. Rev. Appl.
13
,
034030
(
2020
).
48.
A.
Mari
,
A.
Farace
,
N.
Didier
,
V.
Giovannetti
, and
R.
Fazio
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
103605
(
2013
).
49.
M.
Zhang
,
G. S.
Wiederhecker
,
S.
Manipatruni
,
A.
Barnard
,
P.
McEuen
, and
M.
Lipson
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
233906
(
2012
).
50.
M.
Bagheri
,
M.
Poot
,
L.
Fan
,
F.
Marquardt
, and
H. X.
Tang
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
213902
(
2013
).
51.
F.
Bemani
,
A.
Motazedifard
,
R.
Roknizadeh
,
M. H.
Naderi
, and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
96
,
023805
(
2017
).
52.
A.
Kronwald
,
F.
Marquardt
, and
A. A.
Clerk
,
New J. Phys.
16
,
063058
(
2014
).
53.
A.
Pontin
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
116
,
103601
(
2016
).
54.
B. A.
Levitan
,
A.
Metelmann
, and
A. A.
Clerk
,
New J. Phys.
18
,
093014
(
2016
).
55.
A. A.
Clerk
,
F.
Marquardt
, and
K.
Jacobs
,
New J. Phys.
10
,
095010
(
2008
).
56.
A.
Szorkovszky
,
A. C.
Doherty
,
G. I.
Harris
, and
W. P.
Bowen
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
213603
(
2011
).
57.
A.
Szorkovszky
,
G. A.
Brawley
,
A. C.
Doherty
, and
W. P.
Bowen
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
184301
(
2013
).
58.
C.
Hu
,
Z.
Yang
,
H.
Wu
,
Y.
Li
, and
S.
Zheng
, arXiv:1803.05147v1 (
2018
).
59.
F.
Bemani
,
R.
Roknizadeh
, and
M. H.
Naderi
,
J. Opt. Soc. Am. B
32
,
1360
(
2015
).
60.
A.
Motazedifard
,
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
, and
R.
Roknizadeh
,
Ann. Phys.
405
,
202
(
2019
).
61.
F.
Massel
,
T. T.
Heikkila
,
J.-M.
Pirkkalainen
,
S. U.
Cho
,
H.
Saloniemi
,
P. J.
Hakonen
, and
M. A.
Sillanpaa
,
Nature
480
,
351
(
2011
).
62.
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
T. T.
Heikkila
,
M. A.
Sillanpaa
, and
F.
Massel
,
Quantum Sci. Technol.
2
,
035002
(
2017
).
63.
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
E.
Damskagg
,
J. M.
Pirkkalainen
,
T. T.
Heikkila
,
F.
Massel
, and
M. A.
Sillanpaa
,
Phys. Rev. X
6
,
041024
(
2016
).
64.
J. M.
Pirkkalainen
,
E.
Damskagg
,
M.
Brandt
,
F.
Massel
, and
M. A.
Sillanpaa
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
243601
(
2015
).
65.
E. E.
Wollman
,
C. U.
Lei
,
A. J.
Weinstein
,
J.
Suh
,
A.
Kronwald
,
F.
Marquardt
,
A. A.
Clerk
, and
K. C.
Schwab
,
Science
349
,
952
(
2015
).
66.
A.
Motazedifard
,
M. H.
Naderi
, and
R.
Roknizadeh
,
J. Opt. Soc. Am. B
32
,
1555
(
2015
).
67.
A.
Motazedifard
,
M. H.
Naderi
, and
R.
Roknizadeh
,
J. Opt. Soc. Am. B
34
,
642
(
2017
).
68.
A.
Motazedifard
,
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
, and
R.
Roknizadeh
,
Ann. Phys.
396
,
202
(
2018
).
69.
O. D.
Stefano
,
A.
Settineri
,
V.
Macrì
,
A.
Ridolfo
,
R.
Stassi
,
A. F.
Kockum
,
S.
Savasta
, and
F.
Nori
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
030402
(
2019
).
70.
W.
Qin
,
V.
Macrì
,
A.
Miranowicz
,
S.
Savasta
, and
F.
Nori
, arXiv:1902.04216v1 (
2019
).
71.
A.
Settineri
,
V.
Macrì
,
L.
Garziano
,
O.
Di Stefano
,
F.
Nori
, and
S.
Savasta
, arXiv:1903.00878v1 (
2019
).
72.
F.
Bemani
,
R.
Roknizadeh
, and
M. H.
Naderi
,
J. Opt. Soc. Am. B
34
,
2519
(
2017
).
73.
G. S.
Agarwal
and
S.
Huang
,
Phys. Rev. A
81
,
041803
(
2010
).
74.
S.
Weis
,
R.
Rivière
,
S.
Deléglise
,
E.
Gavartin
,
O.
Arcizet
,
A.
Schliesser
, and
T. J.
Kippenberg
,
Science
330
,
1520
(
2010
).
75.
A. H.
Safavi-Naeini
,
T. P.
Mayer Alegre
,
J.
Chan
,
M.
Eichenfield
,
M.
Winger
,
Q.
Lin
,
J. T.
Hill
,
D. E.
Chang
, and
O.
Painter
,
Nature
472
,
69
(
2011
).
76.
M.
Karuza
,
C.
Biancofiore
,
M.
Bawaj
,
C.
Molinelli
,
M.
Galassi
,
R.
Natali
,
P.
Tombesi
,
G. D.
Giuseppe
, and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
88
,
013804
(
2013
).
77.
A.
Kronwald
and
F.
Marquardt
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
133601
(
2013
).
78.
H.
Xiong
and
Y.
Wu
,
Appl. Phys. Rev.
5
,
031305
(
2018
).
79.
M.
Fleischhauer
,
A.
Imamoglu
, and
J. P.
Marangos
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
633
(
2005
).
80.
Sh.
Barzanjeh
,
M.
Wulf
,
M.
Peruzzo
,
M.
Kalaee
,
P. B.
Dieterle
,
O.
Painter
, and
J. M.
Fink
,
Nat. Commun.
8
,
953
(
2017
).
81.
H.
Ren
,
T.
Shah
,
H.
Pfeifer
,
C.
Brendel
,
V.
Peano
,
F.
Marquardt
, and
O.
Painter
, arXiv:2009.06174v1 (
2020
).
82.
A.
Motazedifard
,
A.
Dalafi
, and
M. H.
Naderi
, arXiv:2009.13381v2 [quant-ph] (
2020
).
83.
O.
Scarlatella
,
A. A.
Clerk
, and
M.
Schiro
,
New J. Phys.
21
,
043040
(
2019
).
84.
O.
Scarlatella
,
A. A.
Clerk
,
R.
Fazio
, and
M.
Schiro
, arXiv:2008.02563v1 (
2020
).
85.
S.
Zhou
,
M.
Zhang
,
J.
Preskill
, and
L.
Jiang
,
Nat. Commun.
9
,
78
(
2018
), and references therein.
86.
T. P.
Purdy
,
R. W.
Peterson
, and
C. A.
Regal
,
Science
339
,
801
(
2013
).
87.
K. W.
Murch
,
K. L.
Moore
,
S.
Gupta
, and
D. M.
Stamper-Kurn
,
Nat. Phys.
4
,
561
(
2008
).
88.
V. B.
Braginsky
and
F. Y.
Khalili
, in
Quantum Measurement
, edited by
K.
Thorne
(
Cambridge University
,
Cambridge
,
1995
).
89.
90.
G. M.
Harry
,
Classical Quantum Gravity
27
,
084006
(
2010
).
91.
F.
Acernese
 et al.,
Classical Quantum Gravity
32
,
024001
(
2015
).
92.
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
E.
Damskagg
,
J.-M.
Pirkkalainen
,
T. T.
Heikkila
,
F.
Massel
, and
M. A.
Sillanpaa
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
103601
(
2017
).
93.
R. S.
Bondurant
and
J. H.
Shapiro
,
Phys. Rev. D
30
,
2548
(
1984
).
94.
H. J.
Kimble
,
Y.
Levin
,
A. B.
Matsko
,
K. S.
Thorne
, and
S. P.
Vyatchanin
,
Phys. Rev. D
65
,
022002
(
2001
).
95.
F. Ya.
Khalili
,
Phys. Rev. D
81
,
122002
(
2010
), and references therein.
96.
R. S.
Bondurant
,
Phys. Rev. A
34
,
3927
(
1986
).
97.
T.
Briant
,
M.
Cerdonio
,
L.
Conti
,
A.
Heidmann
,
A.
Lobo
, and
M.
Pinard
,
Phys. Rev. D
67
,
102005
(
2003
).
98.
Y.
Chen
,
S. L.
Danilishin
,
F. Y.
Khalili
, and
H.
Müller-Ebhardt
,
Gen. Relativ. Gravitation
43
,
671
(
2011
).
99.
K. S.
Thorne
,
R. W. P.
Drever
,
C. M.
Caves
,
M.
Zimmermann
, and
V. D.
Sandberg
,
Phys. Rev. Lett.
40
,
667
(
1978
).
100.
J.
Suh
,
A. J.
Weinstein
,
C. U.
Lei
,
E. E.
Wollman
,
S. K.
Steinke
,
P.
Meystre
,
A. A.
Clerk
, and
K. C.
Schwab
,
Science
344
,
1262
(
2014
).
101.
V. B.
Braginsky
,
Y. I.
Vorontsov
, and
K. S.
Thorne
,
Science
209
,
547
(
1980
).
102.
S.
Chelkowski
,
H.
Vahlbruch
,
B.
Hage
,
A.
Franzen
,
N.
Lastzka
,
K.
Danzmann
, and
R.
Schnabel
,
Phys. Rev. A
71
,
013806
(
2005
).
103.
C. M.
Mow-Lowry
,
B. S.
Sheard
,
M. B.
Gray
,
D. E.
McClelland
, and
S. E.
Whitcomb
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
161102
(
2004
).
104.
B. S.
Sheard
,
M. B.
Gray
,
C. M.
Mow-Lowry
,
D. E.
McClelland
, and
S. E.
Whitcomb
,
Phys. Rev. A
69
,
051801
(
2004
).
105.
T.
Caniard
,
P.
Verlot
,
T.
Briant
,
P.-F.
Cohadon
, and
A.
Heidmann
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
110801
(
2007
).
106.
A.
Pontin
 et al.,
Phys. Rev. A
89
,
033810
(
2014
).
107.
F.
Lecocq
,
J. B.
Clark
,
R. W.
Simmonds
,
J.
Aumentado
, and
J. D.
Teufel
,
Phys. Rev. X
5
,
041037
(
2015
).
108.
R.
Kanamoto
and
P.
Meystre
,
Phys. Scr.
82
,
038111
(
2010
).
109.
F.
Brennecke
,
T.
Donner
,
S.
Ritter
,
T.
Bourdel
,
M.
Kohl
, and
T.
Esslinger
,
Nature
450
,
268
(
2007
).
110.
F.
Brennecke
,
S.
Ritter
,
T.
Donner
, and
T.
Esslinger
,
Science
322
,
235
(
2008
).
111.
S.
Ritter
,
F.
Brennecke
,
K.
Baumann
,
T.
Donner
,
C.
Guerlin
, and
T.
Esslinger
,
Appl. Phys. B
95
,
213
(
2009
).
112.
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
,
M.
Soltanolkotabi
, and
S.
Barzanjeh
,
Phys. Rev. A
87
,
013417
(
2013
).
113.
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
,
M.
Soltanolkotabi
, and
Sh.
Barzanjeh
,
J. Phys. B
46
,
235502
(
2013
).
114.
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
, and
M.
Soltanolkotabi
,
J. Mod. Opt.
61
,
1387
(
2014
).
115.
A.
Dalafi
,
M. H.
Naderi
, and
M.
Soltanolkotabi
,
J. Phys. B
48
,
115507
(
2015
).
116.
A.
Dalafi
and
M. H.
Naderi
,
J. Phys. B
49
,
145501
(
2016
).
117.
A.
Dalafi
and
M. H.
Naderi
,
Phys. Rev. A
94
,
063636
(
2016
).
118.
A.
Dalafi
and
M. H.
Naderi
,
Phys. Rev. A
95
,
043601
(
2017
).
119.
A.
Dalafi
and
M. H.
Naderi
,
Phys. Rev. A
96
,
033631
(
2017
).
120.
A. B.
Bhattacherjee
,
Phys. Rev. A
80
,
043607
(
2009
).
121.
A. B.
Bhattacherjee
,
J. Phys. B
43
,
205301
(
2010
).
122.
Mark F.
Bocko
and
R.
Onofrio
,
Rev. Mod. Phys.
68
,
755
(
1996
).
123.
D. A. R.
Dalvit
,
J.
Dziarmaga
, and
R.
Onofrio
,
Phys. Rev. A
65
,
033620
(
2002
).
124.
D. A. R.
Dalvit
,
J.
Dziarmaga
, and
R.
Onofrio
,
Phys. Rev. A
65
,
053604
(
2002
).
125.
R.
Onofrio
and
L.
Viola
,
Phys. Rev. A
58
,
69
(
1998
).
126.
S. S.
Szigeti
,
S. P.
Nolan
,
J. D.
Close
, and
S. A.
Haine
,
Phys. Rev. Lett.
125
,
100402
(
2020
).
127.
E.
Saglamyurek
,
T.
Hrushevskyi
,
A.
Rastogi
,
L. W.
Cooke
,
B. D.
Smith
, and
L. J.
LeBlanc
, arXiv:2010.15780v1 (
2020
).
128.
P.
Treutlein
,
C.
Genes
,
K.
Hammerer
,
M.
Poggio
, and
P.
Rabl
, in
Cavity Optomechanics
, edited by
M.
Aspelmeyer
,
T.
Kippenberg
, and
F.
Marquardt
(
Springer
,
New York
,
2012
).
129.
C.
Genes
,
H.
Ritsch
, and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
80
,
061803(R)
(
2009
).
130.
K.
Hammerer
,
K.
Stannigel
,
C.
Genes
,
P.
Zoller
,
P.
Treutlein
,
S.
Camerer
,
D.
Hunger
, and
T. W.
Hansch
,
Phys. Rev. A
82
,
021803(R)
(
2010
).
131.
G.
Ranjit
,
C.
Montoya
, and
A. A.
Geraci
,
Phys. Rev. A
91
,
013416
(
2015
).
132.
S.
Camerer
,
M.
Korppi
,
A.
Jockel
,
D.
Hunger
,
T. W.
Hansch
, and
P.
Treutlein
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
223001
(
2011
).
133.
F.
Bariani
,
S.
Singh
,
L. F.
Buchmann
,
M.
Vengalattore
, and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
90
,
033838
(
2014
).
134.
A.
Jockel
,
A.
Faber
,
T.
Kampschulte
,
M.
Korppi
,
M. T.
Rakher
, and
P.
Treutlein
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
55
(
2015
).
135.
H.
Ian
,
Z. R.
Gong
,
Y.
Liu
,
C. P.
Sun
, and
F.
Nori
,
Phys. Rev. A
78
,
013824
(
2008
).
136.
K.
Hammerer
,
M.
Aspelmeyer
,
E. S.
Polzik
, and
P.
Zoller
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
020501
(
2009
).
137.
C.
Genes
,
D.
Vitali
, and
P.
Tombesi
,
Phys. Rev. A
77
,
050307
(
2008
).
139.
C.
Genes
,
D.
Vitali
, and
P.
Tombesi
,
New J. Phys.
10
,
095009
(
2008
).
140.
A. M.
Jayich
,
J. C.
Sankey
,
B. M.
Zwickl
,
C.
Yang
,
J. D.
Thompson
,
S. M.
Girvin
,
A. A.
Clerk
,
F.
Marquardt
, and
J. G. E.
Harris
,
New J. Phys.
10
,
095008
(
2008
).
141.
Sh.
Barzanjeh
,
M. H.
Naderi
, and
M.
Soltanolkotabi
,
J. Phys. B
44
,
105504
(
2011
).
142.
Sh.
Barzanjeh
,
M. H.
Naderi
, and
M.
Soltanolkotabi
,
Phys. Rev. A
84
,
023803
(
2011
).
143.
C.
Genes
,
A.
Mari
,
D.
Vitali
, and
P.
Tombesi
,
Adv. At. Mol. Phys.
57
,
33
(
2009
).
144.
C. W.
Gardiner
and
P.
Zoller
,
Quantum Noise
(
Springer
,
Berlin
,
2000
).
145.
D. F.
Walls
and
G. J.
Milburn
,
Quantum Optics
, 2nd ed. (
Springer
,
Berlin
,
2008
).
146.
T. A. B.
Kennedy
,
T. B. A.
Derson
, and
D. F.
Walls
,
Phys. Rev. A
40
,
1385
(
1989
).
147.
M.
Abdi
,
S.
Barzanjeh
,
P.
Tombesi
, and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
84
,
032325
(
2011
).
148.
A.
Papoulis
,
Probability, Random Variables, and Stochastic Processes
, 3rd ed. (
McGraw-Hill
,
New York
,
1991
).
149.
A.
Serafini
,
Quantum Continuous Variables: A Primer of Theoretical Methods
(
CRC
,
Boca Raton
,
2017
).
150.
G. W.
Ford
,
J. T.
Lewis
, and
R. F.
OConnell
,
Phys. Rev. A
37
,
4419
(
1988
).
151.
M. O.
Scully
and
M. S.
Zubairy
,
Quantum Optics
(
Cambridge University
,
Cambridge
,
1997
).
152.
A. A.
Clerk
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
,
F.
Marquardt
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
1155
(
2010
).
153.
C.
Maschler
and
H.
Ritsch
,
Opt. Commun.
243
,
145
(
2004
).
154.
P.
Domokos
,
P.
Horak
, and
H.
Ritsch
,
J. Phys. B
34
,
187
(
2001
).
155.
O.
Morsch
and
M.
Oberthaler
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
179
(
2006
).
156.
J. M.
Zhang
,
F. C.
Cui
,
D. L.
Zhou
, and
W. M.
Liu
,
Phys. Rev. A
79
,
033401
(
2009
).
157.
G.
Szirmai
,
D.
Nagy
, and
P.
Domokos
,
Phys. Rev. A
81
,
043639
(
2010
).
158.
D.
Nagy
,
P.
Domokos
,
A.
Vukics
, and
H.
Ritsch
,
Eur. Phys. J. D
55
,
659
(
2009
).
159.
K.
Zhang
,
W.
Chen
,
M.
Bhattacharya
, and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
81
,
013802
(
2010
).
160.
161.
F.
Dias Nunes
,
J. F.
Silva
,
S. C.
Zilio
, and
V. S.
Bagnato
,
Phys. Rev. A
54
,
2271
(
1996
).
162.
S. K.
Steinke
and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
84
,
023834
(
2011
).
163.
W.
Chen
,
D. S.
Goldbaum
,
M.
Bhattacharya
, and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
81
,
053833
(
2010
).
164.
J. C.
Jaskula
,
G. B.
Partridge
,
M.
Bonneau
,
R.
Lopes
,
J.
Ruaudel
,
D.
Boiron
, and
C. I.
Westbrook
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
220401
(
2012
).
165.
I.
Carusotto
,
R.
Balbinot
,
A.
Fabbri
, and
A.
Recati
,
Eur. Phys. J. D
56
,
391
(
2010
).
166.
Y.
Takahashi
,
K.
Honda
,
N.
Tanaka
,
K.
Toyoda
,
K.
Ishikawa
, and
T.
Yabuzaki
,
Phys. Rev. A
60
,
4974
(
1999
).
167.
V.
Shah
,
G.
Vasilakis
, and
M. V.
Romalis
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
013601
(
2010
).
168.
G.
Nogues
,
A.
Rauschenbeutel
,
S.
Osnaghi
,
M.
Brune
,
J. M.
Raimond
, and
S.
Haroche
,
Nature
400
,
239
(
1999
).
169.
A.
Heidmann
,
Y.
Hadjar
, and
M.
Pinard
,
Appl. Phys. B
64
,
173
(
1997
).
170.
K.
Jacobs
,
P.
Tombesi
,
M. J.
Collet
, and
D. F.
Walls
,
Phys. Rev. A
49
,
1961
(
1994
).
171.
I.
Shomroni
,
L.
Qiu
,
D.
Malz
,
A.
Nunnenkamp
, and
T. J.
Kippenberg
,
Nat. Commun.
10
,
2086
(
2019
).
172.
J.
Hertzberg
,
T.
Rocheleau
,
T.
Ndukum
,
M.
Savva
,
A.
Clerk
, and
K.
Schwab
,
Nat. Phys.
6
,
213
(
2010
).
173.
D.
Nagy
,
G.
Szirmai
, and
P.
Domokos
,
Eur. Phys. J. D
67
,
124
(
2013
).
174.
D.
Malz
and
A.
Nunnenkamp
,
Phys. Rev. A
94
,
023803
(
2016
).
175.
C. M.
Caves
,
K. S.
Thorne
,
R. W. P.
Drever
,
V. D.
Sandberg
, and
M.
Zimmermann
,
Rev. Mod. Phys.
52
,
341
392
(
1980
).
176.
A. A.
Clerk
,
Phys. Rev. B
70
,
245306
(
2004
).
177.
A.
Marte
,
T.
Volz
,
J.
Schuster
,
S.
Dürr
,
G.
Rempe
,
E. G. M.
Van Kempen
, and
B. J.
Verhaar
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
283202
(
2002
).
178.
E. A.
Donley
,
N. R.
Claussen
,
S. L.
Cornish
,
J. L.
Roberts
,
E. A.
Cornell
, and
C. E.
Wieman
,
Nature
412
,
295
(
2001
).
179.
J.
Yan
and
J.
Jing
, arXiv:2009.04706v2 (
2020
).
180.
J.
Liu
,
H. T.
Chen
, and
D.
Segal
, arXiv:2008.11130v1 (
2020
).
181.
D. N.
Bernal-García
,
H.
Vinck-Posada
, and
M. J.
Woolley
, arXiv:2007.13051v1 (
2020
).
182.
T. M.
Karg
,
B.
Gouraud
,
C. T.
Ngai
,
G. L.
Schmid
,
K.
Hammerer
, and
P.
Treutlein
,
Science
369
,
174
(
2020
).
183.
I.
Shomroni
,
A.
Youssefi
,
N.
Sauerwein
,
L.
Qiu
,
P.
Seidler
,
D.
Malz
,
A.
Nunnenkamp
, and
T. J.
Kippenberg
,
Phys. Rev. X
9
,
041022
(
2019
).
184.
S.
Ghosh
,
D.
Carney
,
P.
Shawhan
, and
J. M.
Taylor
,
Phys. Rev. A
102
,
023525
(
2020
).
185.
E.
Zeuthen
,
E. S.
Polzik
, and
F. Ya.
Khalili
,
Phys. Rev. D
100
,
062004
(
2019
).
186.
187.
A. K.
Tagantsev
and
S. A.
Fedorov
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
043602
(
2019
).
188.
W.
Zhao
,
S. D.
Zhang
,
A.
Miranowicz
, and
H.
Jing
,
Sci. China Phys. Mech. Astron.
63
,
224211
(
2020
).
189.
F.
Fogliano
,
B.
Besga
,
A.
Reigue
,
P.
Heringlake
,
L.
Mercier de Lépinay
,
C.
Vaneph
,
J.
Reichel
,
B.
Pigeau
, and
O.
Arcizet
, arXiv:1904.01140v1 (
2019
).
191.
H.
Ramp
,
B. D.
Hauer
,
K. C.
Balram
,
T. J.
Clark
,
K.
Srinivasan
, and
J. P.
Davis
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
093603
(
2019
).
192.
A.
Mehmood
,
S.
Qamar
, and
S.
Qamar
,
Phys. Rev. A
98
,
053841
(
2018
).
193.
D.
Mason
,
J.
Chen
,
M.
Rossi
,
Y.
Tsaturyan
, and
A.
Schliesser
,
Nat. Phys.
15
,
745
(
2019
).
194.
W.-Z.
Zhang
,
Y.
Han
,
B.
Xiong
, and
L.
Zhou
,
New J. Phys.
19
,
083022
(
2017
).
195.
F.
Khalili
and
E. S.
Polzik
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
031101
(
2018
).
196.
S.
Davuluri
,
K.
Li
, and
Y.
Li
,
New J. Phys.
19
,
113004
(
2017
).
197.
J. D.
Teufel
,
T.
Donner
,
M. A.
Castellanos-Beltran
,
J. W.
Harlow
, and
K. W.
Lehnert
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
820
(
2009
).
198.
C. F.
Ockeloen-Korppi
,
E.
Damskagg
,
J.-M.
Pirkkalainen
,
A. A.
Clerk
,
M. J.
Woolley
, and
M. A.
Sillanpaa
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
140401
(
2016
).
199.
S.
Aldana
,
C.
Bruder
, and
A.
Nunnenkamp
,
Phys. Rev. A
90
,
063810
(
2014
).
200.
D.
Vitali
,
S.
Mancini
, and
P.
Tombesi
,
Phys. Rev. A
64
,
051401(R)
(
2001
).
201.
A.
Pontin
,
M.
Bonaldi
,
A.
Borrielli
,
F. S.
Cataliotti
,
F.
Marino
,
G. A.
Prodi
,
E.
Serra
, and
F.
Marin
,
Phys. Rev. A
89
,
023848
(
2014
).
202.
D.
Malz
and
A.
Nunnenkamp
,
Phys. Rev. A
94
,
053820
(
2016
).
203.
Y.
Yanay
,
J. C.
Sankey
, and
A. A.
Clerk
,
Phys. Rev. A
93
,
063809
(
2016
).
204.
D.
Plankensteiner
,
J.
Schachenmayer
,
H.
Ritsch
, and
C.
Genes
,
J. Phys. B
49
,
245501
(
2016
).
205.
S.
Davuluri
and
Y.
Li
,
New J. Phys.
18
,
103047
(
2016
).
206.
H.
Sumei
and
G. S.
Agarwal
,
Phys. Rev. A
95
,
023844
(
2017
).
207.
G.
Guccione
,
H. J.
Slatyer
,
A. R. R.
Carvalho
,
B. C.
Buchler
, and
P. K.
Lam
,
J. Phys. B
49
,
065401
(
2016
).
208.
E. S.
Polzik
and
K.
Hammerer
,
Ann. Phys.
527
,
A15
(
2015
).
209.
W.
Wasilewski
,
K.
Jensen
,
H.
Krauter
,
J. J.
Renema
,
M. V.
Balabas
, and
E. S.
Polzik
,
Phys. Rev. Lett
104
,
133601
(
2010
).
210.
M. H.
Wimmer
,
D.
Steinmeyer
,
K.
Hammerer
, and
M.
Heurs
,
Phys. Rev. A
89
,
053836
(
2014
).
211.
K.
Zhang
,
P.
Meystre
, and
W.
Zhang
,
Phys. Rev. A
88
,
043632
(
2013
).
212.
M. J.
Woolley
and
A. A.
Clerk
,
Phys. Rev. A
87
,
063846
(
2013
).
213.
F.
Bariani
,
H.
Seok
,
S.
Singh
,
M.
Vengalattore
, and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
92
,
043817
(
2015
).
214.
F.
Bariani
,
S.
Singh
,
L. F.
Buchmann
,
M.
Vengalattore
, and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
90
,
033838
(
2014
).
215.
216.
C. M.
Caves
,
Phys. Rev. D
23
,
1693
(
1981
).
217.
M. T.
Jaekel
and
S.
Reynaud
,
Europhys. Lett.
13
,
301
(
1990
).
218.
A. F.
Pace
,
M. J.
Collett
, and
D. F.
Walls
,
Phys. Rev. A
47
,
3173
(
1993
).
219.
K.
McKenzie
,
D. A.
Shaddock
,
D. E.
McClelland
,
B. C.
Buchler
, and
P. K.
Lam
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
231102
(
2002
).
220.
The LIGO Scientific Collaboration
,
Nat. Photonics.
7
,
613
(
2013
).
221.
M.
Xiao
,
L.-A.
Wu
, and
H. J.
Kimble
,
Phys. Rev. Lett.
59
,
278
(
1987
).
222.
T.
Eberle
,
S.
Steinlechner
,
J.
Bauchrowitz
,
V.
Händchen
,
H.
Vahlbruch
,
M.
Mehmet
,
H.
Müller-Ebhardt
, and
R.
Schnabel
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
251102
(
2010
).
223.
P.
Grangier
,
R. E.
Slusher
,
B.
Yurke
, and
A.
LaPorta
,
Phys. Rev. Lett.
59
,
2153
(
1987
).
224.
U. B.
Hoff
,
G. I.
Harris
,
L. S.
Madsen
,
H.
Kerdoncuff
,
M.
Lassen
,
B. M.
Nielsen
,
W. P.
Bowen
, and
U. L.
Andersen
,
Opt. Lett.
38
,
1413
(
2013
).
225.
K.
Iwasawa
,
K.
Makino
,
H.
Yonezawa
,
M.
Tsang
,
A.
Davidovic
,
E.
Huntington
, and
A.
Furusawa
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
163602
(
2013
).
226.
J. B.
Clark
,
F.
Lecocq
,
R. W.
Simmonds
,
J.
Aumentado
, and
J. D.
Teufel
,
Nat. Phys.
12
,
683
(
2016
).
227.
V.
Peano
,
H. G. L.
Schwefel
,
C.
Marquardt
, and
F.
Marquardt
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
243603
(
2015
).
228.
H.
Lotfipour
,
S.
Shahidani
,
R.
Roknizadeh
, and
M. H.
Naderi
,
Phys. Rev. A
93
,
053827
(
2016
).
229.
K.
Hammerer
,
A. S.
Sorensen
, and
E. S.
Polzik
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
1041
(
2010
).
230.
S.
Chaudhury
,
G. A.
Smith
,
K.
Schulz
, and
P. S.
Jessen
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
043001
(
2006
).
231.
I. H.
Deutsch
and
P. S.
Jessen
,
Opt. Commun.
283
,
681
(
2010
).
232.
M.
Napolitano
,
M.
Koschorreck
,
B.
Dubost
,
N.
Behbood
,
R. J.
Sewell
, and
M. W.
Mitchell
,
Nature
471
,
486
(
2011
).
233.
T.
Holstein
and
H.
Primakoff
,
Phys. Rev.
58
,
1098
(
1940
).
234.
V.
Giovannetti
and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
63
,
023812
(
2001
).
235.
K.
Jahne
,
C.
Genes
,
K.
Hammerer
,
M.
Wallquist
,
E. S.
Polzik
, and
P.
Zoller
,
Phys. Rev. A
79
,
063819
(
2009
).
236.
M. J.
Collett
and
C. W.
Gardiner
,
Phys. Rev. A
30
,
1386
(
1984
).
237.
G.
Heinze
,
C.
Hubrich
, and
T.
Halfmann
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
033601
(
2013
).
238.
Y. O.
Dudin
,
L.
Li
, and
A.
Kuzmich
,
Phys. Rev. A
87
,
031801(R)
(
2013
).
239.
J. D.
Thompson
,
B. M.
Zwickl
,
A. M.
Jayich
,
F.
Marquardt
,
S. M.
Girvin
, and
J. G. E.
Harris
,
Nature
452
,
72
(
2008
).
240.
R. A.
Thomas
 et al.,
Nat. Phys.
17
,
228
(
2020
).
241.
S.
Schreppler
,
N.
Spethmann
,
N.
Brahms
,
T.
Botter
,
M.
Barrios
, and
D. M.
Stamper-Kurn
,
Science
344
,
1486
(
2014
).
242.
X.
Xu
and
J. M.
Taylor
,
Phys. Rev. A
90
,
043848
(
2014
).
243.
M.
Lucamarini
,
D.
Vitali
, and
P.
Tombesi
,
Phys. Rev. A
74
,
063816
(
2006
).
244.
F.
Acernese
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
125
,
131101
(
2020
).
You do not currently have access to this content.